Способы выполнения комбинированных блоков питания: Способы выполнения комбинированных блоков питания

Содержание

Способы выполнения комбинированных блоков питания

Не секрет, что от правильного выбора блока питания (далее БП), его конструкции и качества сборки зависит работа устройства, на которое он нагружен. Здесь я постараюсь рассказать об основных моментах выбора, расчета, конструирования и применения блоков питания.

1. Выбор блока питания

Первым делом следует четко уяснить, что именно будет подключено к БП. Главным образом нас интересует ток нагрузки. Это будет основным пунктом ТЗ. По этому параметру будет подобрана схема и элементная база. Приведу примеры нагрузок и их средние потребляемые токи

1. Световые эффекты на светодиодах (20-1000мА)

2. Световые эффекты на миниатюрных лампах накаливания (200мА-2А)

3. Световые эффекты на мощных лампах (до 1000А)

4. Миниатюрные полупроводниковые радиоприемники (100-500мА)

5. Портативная аудиотехника (100мА-1А)

6. Автомобильные магнитолы (до 20А)

7. Автомобильные УМЗЧ (по линии 12В до 200А)

8. Стационарные полупроводниковые УМЗЧ (при выходной мощности не выше 1кВт до 40А)

9. Ламповые УМЗЧ (10мА-1А – анод, 200мА-8А – накал)

10. Ламповые КВ трансиверы [выходной каскад в классе С характеризуется наибольшим КПД] (при мощности передатчика до 1кВт, до 5А – анод, до 10А – накал)

11. Полупроводниковые КВ трансиверы, Си-Би (при мощности передатчика до 100Вт, 1 – 5А)

12. Ламповые УКВ радиостанции (при мощности передатчика до 50Вт, до 1А – анод, до 3А – накал)

13. Полупроводниковые УКВ радиостанции (до 5А)

14. Полупроводниковые телевизоры (до 5А)

15. Вычислительная техника, оргтехника, сетевые устройства [концентраторы LAN, точки доступа, модемы, роутеры] (500мА – 30А)

16. Зарядные устройства для АКБ (до 10А)

17. Управляющие блоки бытовой техники (до 1А)

Следует отметить, что во многих устройствах потребляемый ток в процессе работы может значительно колебаться. Это УМЗЧ, трансиверы (особенно в телеграфном режиме), мощные СДУ. Поэтому при выборе БП следует ориентироваться ни на средний потребляемый ток и уж тем более ни на ток в режиме молчания, а на пиковую потребляемую мощность. Для питания аналоговой электроники с потребляемой мощностью до 500Вт, я рекомендую линейные блоки питания. При чем многоканальные (с несколькими выходными напряжениями). Как правило, цепи с большим потребляемым током позволяют обойтись без стабилизации напряжения. Так же следует обратить внимание на развязку напряжений. Это, прежде всего, относится к аудиотехнике и аппаратуре радиосвязи. В ряде случаев может потребоваться даже гальваническая развязка между цепями (например при конструировании ламповых УМЗЧ класса Hi-End гальваническая развязка анодных цепей позволит избежать влияния выходного каскада на усилитель напряжения. В том числе перекроет паразитные ОС по питанию). Как это делается будет рассказано ниже. Для более мощной аналоговой техники, а так же любой цифровой можно рекомендовать импульсные БП, ибо тепловой режим и массогабаритные характеристики линейных БП такой мощности оставляют желать лучшего.

Вообще мощные узлы аппаратуры не особенно взыскательны к питанию, за то от качества питания во многом зависит работа помехонеустойчивых слаботочных узлов. Итак, рассмотрим кормушку изнутри.

2. Правила безопасности

Не будем забывать, что БП это самый высоковольтный узел в любом устройстве (за исключением разве что телевизора). При чем опасность представляет не только промышленная электросеть (220В). Напряжение в анодных цепях ламповой аппаратуры может достигать десятков и даже сотен (в рентгеновских установках) киловольт (тысяч вольт). Поэтому все высоковольтные участки (включая общий провод) должны быть изолированы от корпуса. Это хорошо знает тот, кто поставив ногу на системный блок трогал батарею. Электрический ток может быть опасен не только для человека и животных, но и для самого устройства. Имеются ввиду пробои и короткие замыкания. Эти явления не только выводят из строя радиокомпоненты, но и весьма пожароопасны. Мне попадались некоторые изолирующие элементы конструкций, которые в следствии подачи высокого напряжения были пробиты и выгорели до угля при чем выгорели не полностью, а каналом. Уголь проводит ток и создает таким образом короткое замыкание (далее КЗ) на корпус. При чем внешне это не видно. Поэтому между двумя проводами, припаянными к плате, должно быть расстояние из расчета примерно 2мм на вольт. Если речь идет о смертельно опасных напряжениях, то в корпусе должны быть предусмотрены микропереключатели, которые автоматически обесточивают прибор при удалении стенки с опасного участка конструкции. Элементы конструкции, которые в процессе работы сильно нагреваются (радиаторы, мощные полупроводниковые и электровакуумные приборы, резисторы мощностью свыше 2Вт) должны быть вынесены с платы (наилучший вариант) или хотя бы приподняты над ней. Так же не допускается касание корпусов разогревающихся радиоэлементов, за исключением тех случаев, когда второй элемент является датчиком температуры первого. Такие элементы не разрешается заливать эпоксидной смолой и другими компаундами. Более того, должен быть обеспечен приток воздуха к участкам с большой рассеиваемой мощностью, а при необходимости и принудительное охлаждение (вплоть до испарительного).

Так. Страху нагнал, теперь о работе.

3. Законы Ома и Кирхгофа были и будут основой разработки любого электронного устройства.

3.1. Закон Ома для участка цепи

Сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению, приложенному к участку и обратно пропорциональна сопротивлению участка. На этом принципе основана работа всех ограничительных, гасящих и балластных резисторов.

Эта формула хороша тем, что под "U" можно подразумевать как напряжение на нагрузке, так и напряжение на участке цепи, последовательно соединенном с нагрузкой. Например у нас есть лампочка на 12В/20Вт и источник 17В, к которому нам нужно подключить эту лампочку. Нам нужен резистор, который понизит 17В до 12.


Рис.1

Итак, мы знаем что при последовательном соединении элементов напряжения на них могут отличаться, но ток всегда одинаковый на любом участке цепи. Вычислим ток, потребляемый лампочкой:

Значит, через резистор протекает такой же ток. В качестве напряжения берем падение напряжения на гасящем резисторе, ведь это действительно то самое напряжение, которое действует на этом резисторе ()

Из приведенного примера совершенно очевидно, что . Причем это относится не только к резисторам, но и, например, к динамикам, если мы вычисляем какое напряжение нужно подвести к динамику с заданной мощностью и сопротивлением, чтобы он развил эту мощность.

3.2. Закон Ома для полной цепи

Прежде, чем мы перейдем к нему, нужно четко уяснить физический смысл внутреннего и выходного сопротивлений. Предположим, у нас есть некоторый источник ЭДС. Так вот, внутреннее (выходное) сопротивление это мнимый резистор, включенный последовательно с ним.


Рис.2

Естественно, фактически в источниках тока таких резисторов нет, но у генераторов есть сопротивление обмоток, у розеток – сопротивление проводки, у АКБ – сопротивление электролита и электродов и т.д. Это сопротивление при подключении нагрузки ведет себя именно как последовательно включенный резистор.


где: ε – ЭДС
I – сила тока
R – сопротивление нагрузки
r – внутреннее сопротивление источника

Из формулы видно, что с возрастанием внутреннего сопротивления уменьшается мощность вследствие просадки во внутреннем сопротивлении. Это видно и из закона Ома для участка цепи.

3.3 Правило Кирхгофа нас будет интересовать только одно: сумма токов, входящих в цепь равна току (сумме токов), выходящему из нее. Т.е. какой бы не была нагрузка и из скольки бы ветвей она не состояла, сила тока в одном из питающих проводов будет равна силе тока во втором проводе. Собственно, этот вывод вполне очевиден, если мы говорим о замкнутой цепи.

С законами протекания тока вроде все ясно. Посмотрим как это выглядит в реальном «железе».

4. Начинка

Все БП во многом схожи по схеме и элементной базе. Это вызвано тем, что по большому счету они выполняют одни и те же функции: изменение напряжения (всегда), выпрямление (чаще всего), стабилизация (часто), защита (часто). Теперь рассмотрим способы реализации этих функций.

4.1. Изменение напряжения чаще всего реализуется при помощи различных трансформаторов. Этот вариант наиболее надежен и безопасен. Существуют так же безтрансформаторные БП. В них для понижения напряжения используется емкостное сопротивление конденсатора, включенного последовательно между источником тока и нагрузкой. Выходное напряжение таких БП полностью зависит от тока нагрузки и ее наличия. Даже при кратковременном отключении нагрузки такие БП выходят из строя. Кроме того, они могут только понижать напряжение. Поэтому я не рекомендую такие БП для питания РЭА. Итак, остановимся на трансформаторах. В линейных БП используются трансформаторы на 50Гц (частота промышленной сети). Трансформатор состоит из сердечника, первичной обмотки и нескольких вторичных обмоток. Переменный ток, поступая на первичную обмотку создает в сердечнике магнитный поток. Этот поток, как магнит, наводит ЭДС во вторичных обмотках. Напряжение на вторичных обмотках определяется количеством витков.

Отношение количества витков (напряжения) вторичной обмотки к количеству витков (напряжению) первичной обмотки называется коэффициентом трансформации (η). Если η>1 трансформатор называют повышающим, в противном случае – понижающим. Есть трансформаторы у которых η=1. Такие трансформаторы не меняют напряжение и служат только для
гальванической развязки
цепей (цепи считаются гальванически развязанными, если у них нет непосредственного общего электрического контакта. Хотя токи, протекающие через них, могут действовать друг на друга. Например «Blue Tooth» или лампочка и поднесенная к ней солнечная батарея или ротор и статор электродвигателя или неоновая лампа, поднесенная к антенне передатчика). Поэтому использовать их в БП нет смысла. Импульсные трансформаторы работают по такому же принципу с той лишь разницей, что на них не подается напряжение непосредственно из розетки. Сначала оно преобразуется в импульсы более высокой частоты (обычно 15-20кГц) и уже эти импульсы подаются на первичную обмотку трансформатора. Частота следования этих импульсов называется частотой преобразования импульсного БП. С возрастанием частоты увеличивается индуктивное сопротивление катушки, поэтому обмотки импульсных трансформаторов содержат меньшее количество витков по сравнению с линейными. Это делает их более компактными и легкими. Однако импульсные БП характеризуются бОльшим уровнем помех, худшим тепловым режимом и схемотехнически более сложны, следовательно менее надежны.

4.2. Выпрямление подразумевает преобразование переменного (импульсного) тока в постоянный. Этот процесс заключается в разложении положительных и отрицательных полуволн на соответствующие полюса. Есть достаточно много схем, позволяющих это сделать. Рассмотрим те, которые наиболее часто используются.

4.2.1. Четвертьмост


Рис.3

Самая простая схема однополупериодного выпрямителя. Работает следующим образом. Положительная полуволна проходит через диод и заряжает С1. Отрицательная полуволна блокируется диодом и цепь оказывается как бы оборванной. В этом случае нагрузка питается за счет разрядки конденсатора. Очевидно, что для работы на 50Гц емкость С1 должна быть сравнительно велика, чтобы обеспечивать низкий уровень пульсаций. Поэтому схема применяется в основном в импульсных БП ввиду более высокой рабочей частоты.

4.2.2 Полумост (удвоитель Латура-Делона-Гренашера)


Рис.4

Принцип работы похож на четвертьмост, только здесь они соединены как бы последовательно. Положительная полуволна проходит через VD1 и заряжает С1. На отрицательной полуволне VD1 закрывается и С1 начинает разряжаться, а отрицательная полуволна проходит через VD2. Таким образом между катодом VD1 и анодом VD2 появляется напряжение, в 2 раза превосходящее напряжение вторичной обмотки трансформатора (рис.4а). Этот принцип можно использовать для построения расщепленного БП. Так называются БП, выдающие 2 одинаковых по модулю, но противоположных по знаку напряжения (рис.4б). Однако не следует забывать, что это 2 соединенных последовательно четвертьмоста и емкости конденсаторов должны быть достаточно велики (из расчета, как минимум, 1000мкФ на 1А потребляемого тока).

4.2.3. Полный мост

Самая распространенная схема выпрямителя имеет наилучшие нагрузочные характеристики при минимальном уровне пульсаций и может применяться как в однополярных (рис.5а), так и в расщепленных БП (рис.5б).


Рис.5

На рис.5в,г показана работа мостового выпрямителя.

Как уже говорилось, различные схемы выпрямителей характеризуют разные значения коэффициента пульсаций. Точный расчет выпрямителя содержит громоздкие вычисления и на практике редко бывает необходим, поэтому ограничимся ориентировочным расчетом, который можно выполнить по таблице

Схема

Uобр

Не секрет, что от правильного выбора блока питания (далее БП), его конструкции и качества сборки зависит работа устройства, на которое он нагружен. Здесь я постараюсь рассказать об основных моментах выбора, расчета, конструирования и применения блоков питания.

1. Выбор блока питания

Первым делом следует четко уяснить, что именно будет подключено к БП. Главным образом нас интересует ток нагрузки. Это будет основным пунктом ТЗ. По этому параметру будет подобрана схема и элементная база. Приведу примеры нагрузок и их средние потребляемые токи

1. Световые эффекты на светодиодах (20-1000мА)

2. Световые эффекты на миниатюрных лампах накаливания (200мА-2А)

3. Световые эффекты на мощных лампах (до 1000А)

4. Миниатюрные полупроводниковые радиоприемники (100-500мА)

5. Портативная аудиотехника (100мА-1А)

6. Автомобильные магнитолы (до 20А)

7. Автомобильные УМЗЧ (по линии 12В до 200А)

8. Стационарные полупроводниковые УМЗЧ (при выходной мощности не выше 1кВт до 40А)

9. Ламповые УМЗЧ (10мА-1А – анод, 200мА-8А – накал)

10. Ламповые КВ трансиверы [выходной каскад в классе С характеризуется наибольшим КПД] (при мощности передатчика до 1кВт, до 5А – анод, до 10А – накал)

11. Полупроводниковые КВ трансиверы, Си-Би (при мощности передатчика до 100Вт, 1 – 5А)

12. Ламповые УКВ радиостанции (при мощности передатчика до 50Вт, до 1А – анод, до 3А – накал)

13. Полупроводниковые УКВ радиостанции (до 5А)

14. Полупроводниковые телевизоры (до 5А)

15. Вычислительная техника, оргтехника, сетевые устройства [концентраторы LAN, точки доступа, модемы, роутеры] (500мА – 30А)

16. Зарядные устройства для АКБ (до 10А)

17. Управляющие блоки бытовой техники (до 1А)

Следует отметить, что во многих устройствах потребляемый ток в процессе работы может значительно колебаться. Это УМЗЧ, трансиверы (особенно в телеграфном режиме), мощные СДУ. Поэтому при выборе БП следует ориентироваться ни на средний потребляемый ток и уж тем более ни на ток в режиме молчания, а на пиковую потребляемую мощность. Для питания аналоговой электроники с потребляемой мощностью до 500Вт, я рекомендую линейные блоки питания. При чем многоканальные (с несколькими выходными напряжениями). Как правило, цепи с большим потребляемым током позволяют обойтись без стабилизации напряжения. Так же следует обратить внимание на развязку напряжений. Это, прежде всего, относится к аудиотехнике и аппаратуре радиосвязи. В ряде случаев может потребоваться даже гальваническая развязка между цепями (например при конструировании ламповых УМЗЧ класса Hi-End гальваническая развязка анодных цепей позволит избежать влияния выходного каскада на усилитель напряжения. В том числе перекроет паразитные ОС по питанию). Как это делается будет рассказано ниже. Для более мощной аналоговой техники, а так же любой цифровой можно рекомендовать импульсные БП, ибо тепловой режим и массогабаритные характеристики линейных БП такой мощности оставляют желать лучшего. Вообще мощные узлы аппаратуры не особенно взыскательны к питанию, за то от качества питания во многом зависит работа помехонеустойчивых слаботочных узлов. Итак, рассмотрим кормушку изнутри.

2. Правила безопасности

Не будем забывать, что БП это самый высоковольтный узел в любом устройстве (за исключением разве что телевизора). При чем опасность представляет не только промышленная электросеть (220В). Напряжение в анодных цепях ламповой аппаратуры может достигать десятков и даже сотен (в рентгеновских установках) киловольт (тысяч вольт). Поэтому все высоковольтные участки (включая общий провод) должны быть изолированы от корпуса. Это хорошо знает тот, кто поставив ногу на системный блок трогал батарею. Электрический ток может быть опасен не только для человека и животных, но и для самого устройства. Имеются ввиду пробои и короткие замыкания. Эти явления не только выводят из строя радиокомпоненты, но и весьма пожароопасны. Мне попадались некоторые изолирующие элементы конструкций, которые в следствии подачи высокого напряжения были пробиты и выгорели до угля при чем выгорели не полностью, а каналом. Уголь проводит ток и создает таким образом короткое замыкание (далее КЗ) на корпус. При чем внешне это не видно. Поэтому между двумя проводами, припаянными к плате, должно быть расстояние из расчета примерно 2мм на вольт. Если речь идет о смертельно опасных напряжениях, то в корпусе должны быть предусмотрены микропереключатели, которые автоматически обесточивают прибор при удалении стенки с опасного участка конструкции. Элементы конструкции, которые в процессе работы сильно нагреваются (радиаторы, мощные полупроводниковые и электровакуумные приборы, резисторы мощностью свыше 2Вт) должны быть вынесены с платы (наилучший вариант) или хотя бы приподняты над ней. Так же не допускается касание корпусов разогревающихся радиоэлементов, за исключением тех случаев, когда второй элемент является датчиком температуры первого. Такие элементы не разрешается заливать эпоксидной смолой и другими компаундами. Более того, должен быть обеспечен приток воздуха к участкам с большой рассеиваемой мощностью, а при необходимости и принудительное охлаждение (вплоть до испарительного). Так. Страху нагнал, теперь о работе.

3. Законы Ома и Кирхгофа были и будут основой разработки любого электронного устройства.

3.1. Закон Ома для участка цепи

Сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению, приложенному к участку и обратно пропорциональна сопротивлению участка. На этом принципе основана работа всех ограничительных, гасящих и балластных резисторов.

Эта формула хороша тем, что под "U" можно подразумевать как напряжение на нагрузке, так и напряжение на участке цепи, последовательно соединенном с нагрузкой. Например у нас есть лампочка на 12В/20Вт и источник 17В, к которому нам нужно подключить эту лампочку. Нам нужен резистор, который понизит 17В до 12.


Рис.1

Итак, мы знаем что при последовательном соединении элементов напряжения на них могут отличаться, но ток всегда одинаковый на любом участке цепи. Вычислим ток, потребляемый лампочкой:

Значит, через резистор протекает такой же ток. В качестве напряжения берем падение напряжения на гасящем резисторе, ведь это действительно то самое напряжение, которое действует на этом резисторе ()

Из приведенного примера совершенно очевидно, что . Причем это относится не только к резисторам, но и, например, к динамикам, если мы вычисляем какое напряжение нужно подвести к динамику с заданной мощностью и сопротивлением, чтобы он развил эту мощность.

3.2. Закон Ома для полной цепи

Прежде, чем мы перейдем к нему, нужно четко уяснить физический смысл внутреннего и выходного сопротивлений. Предположим, у нас есть некоторый источник ЭДС. Так вот, внутреннее (выходное) сопротивление это мнимый резистор, включенный последовательно с ним.


Рис.2

Естественно, фактически в источниках тока таких резисторов нет, но у генераторов есть сопротивление обмоток, у розеток – сопротивление проводки, у АКБ – сопротивление электролита и электродов и т.д. Это сопротивление при подключении нагрузки ведет себя именно как последовательно включенный резистор.


где: ε – ЭДС
I – сила тока
R – сопротивление нагрузки
r – внутреннее сопротивление источника

Из формулы видно, что с возрастанием внутреннего сопротивления уменьшается мощность вследствие просадки во внутреннем сопротивлении. Это видно и из закона Ома для участка цепи.

3.3 Правило Кирхгофа нас будет интересовать только одно: сумма токов, входящих в цепь равна току (сумме токов), выходящему из нее. Т.е. какой бы не была нагрузка и из скольки бы ветвей она не состояла, сила тока в одном из питающих проводов будет равна силе тока во втором проводе. Собственно, этот вывод вполне очевиден, если мы говорим о замкнутой цепи.

С законами протекания тока вроде все ясно. Посмотрим как это выглядит в реальном «железе».

4. Начинка

Все БП во многом схожи по схеме и элементной базе. Это вызвано тем, что по большому счету они выполняют одни и те же функции: изменение напряжения (всегда), выпрямление (чаще всего), стабилизация (часто), защита (часто). Теперь рассмотрим способы реализации этих функций.

4.1. Изменение напряжения чаще всего реализуется при помощи различных трансформаторов. Этот вариант наиболее надежен и безопасен. Существуют так же безтрансформаторные БП. В них для понижения напряжения используется емкостное сопротивление конденсатора, включенного последовательно между источником тока и нагрузкой. Выходное напряжение таких БП полностью зависит от тока нагрузки и ее наличия. Даже при кратковременном отключении нагрузки такие БП выходят из строя. Кроме того, они могут только понижать напряжение. Поэтому я не рекомендую такие БП для питания РЭА. Итак, остановимся на трансформаторах. В линейных БП используются трансформаторы на 50Гц (частота промышленной сети). Трансформатор состоит из сердечника, первичной обмотки и нескольких вторичных обмоток. Переменный ток, поступая на первичную обмотку создает в сердечнике магнитный поток. Этот поток, как магнит, наводит ЭДС во вторичных обмотках. Напряжение на вторичных обмотках определяется количеством витков. Отношение количества витков (напряжения) вторичной обмотки к количеству витков (напряжению) первичной обмотки называется коэффициентом трансформации (η). Если η>1 трансформатор называют повышающим, в противном случае – понижающим. Есть трансформаторы у которых η=1. Такие трансформаторы не меняют напряжение и служат только для гальванической развязки цепей (цепи считаются гальванически развязанными, если у них нет непосредственного общего электрического контакта. Хотя токи, протекающие через них, могут действовать друг на друга. Например «Blue Tooth» или лампочка и поднесенная к ней солнечная батарея или ротор и статор электродвигателя или неоновая лампа, поднесенная к антенне передатчика). Поэтому использовать их в БП нет смысла. Импульсные трансформаторы работают по такому же принципу с той лишь разницей, что на них не подается напряжение непосредственно из розетки. Сначала оно преобразуется в импульсы более высокой частоты (обычно 15-20кГц) и уже эти импульсы подаются на первичную обмотку трансформатора. Частота следования этих импульсов называется частотой преобразования импульсного БП. С возрастанием частоты увеличивается индуктивное сопротивление катушки, поэтому обмотки импульсных трансформаторов содержат меньшее количество витков по сравнению с линейными. Это делает их более компактными и легкими. Однако импульсные БП характеризуются бОльшим уровнем помех, худшим тепловым режимом и схемотехнически более сложны, следовательно менее надежны.

4.2. Выпрямление подразумевает преобразование переменного (импульсного) тока в постоянный. Этот процесс заключается в разложении положительных и отрицательных полуволн на соответствующие полюса. Есть достаточно много схем, позволяющих это сделать. Рассмотрим те, которые наиболее часто используются.

4.2.1. Четвертьмост


Рис.3

Самая простая схема однополупериодного выпрямителя. Работает следующим образом. Положительная полуволна проходит через диод и заряжает С1. Отрицательная полуволна блокируется диодом и цепь оказывается как бы оборванной. В этом случае нагрузка питается за счет разрядки конденсатора. Очевидно, что для работы на 50Гц емкость С1 должна быть сравнительно велика, чтобы обеспечивать низкий уровень пульсаций. Поэтому схема применяется в основном в импульсных БП ввиду более высокой рабочей частоты.

4.2.2 Полумост (удвоитель Латура-Делона-Гренашера)


Рис.4

Принцип работы похож на четвертьмост, только здесь они соединены как бы последовательно. Положительная полуволна проходит через VD1 и заряжает С1. На отрицательной полуволне VD1 закрывается и С1 начинает разряжаться, а отрицательная полуволна проходит через VD2. Таким образом между катодом VD1 и анодом VD2 появляется напряжение, в 2 раза превосходящее напряжение вторичной обмотки трансформатора (рис.4а). Этот принцип можно использовать для построения расщепленного БП. Так называются БП, выдающие 2 одинаковых по модулю, но противоположных по знаку напряжения (рис.4б). Однако не следует забывать, что это 2 соединенных последовательно четвертьмоста и емкости конденсаторов должны быть достаточно велики (из расчета, как минимум, 1000мкФ на 1А потребляемого тока).

4.2.3. Полный мост

Самая распространенная схема выпрямителя имеет наилучшие нагрузочные характеристики при минимальном уровне пульсаций и может применяться как в однополярных (рис.5а), так и в расщепленных БП (рис.5б).


Рис.5

На рис.5в,г показана работа мостового выпрямителя.

Как уже говорилось, различные схемы выпрямителей характеризуют разные значения коэффициента пульсаций. Точный расчет выпрямителя содержит громоздкие вычисления и на практике редко бывает необходим, поэтому ограничимся ориентировочным расчетом, который можно выполнить по таблице

Схема

Uобр

В связи с периодическим апгрейдом компьютерной техники накапливаются вполне работоспособные, но морально устаревшие узлы. Выбрасывать рука не поднимается, а как их использовать?

Недавно мне понадобился универсальный регулируемый блок питания с выходным напряжением 0…20 В небольшой мощности. Появилась идея использовать БП от старого компьютера. Нашел в Интернете несколько схем переделки компьютерного БП в регулируемый. К сожалению, моя попытка изменить заводскую схему закончилась тем, что БП вышел из строя. Поэтому, махнув рукой на советчиков из Интернета, я сделал по-своему. Схема того, что получилось, показана на рисунке.

Комбинированный БП имеет такие выходы:

  • фиксированные 5 В, 12 В;
  • регулируемый 0…20 В.

Фиксированные напряжения обеспечивает БП от устаревшего компьютера. Металлический корпус с этого БП снят, вентилятор закреплен над платой на кронштейнах и включается отдельным тумблером. При малых токах нагрузки он не используется.

Регулируемое выходное напряжение обеспечивает собранный по стандартной схеме параметрический стабилизатор.

Работа устройства

Блок фиксированных напряжений включается переключателем, предусмотрена индикация наличия как напряжения 5 В, так и напряжения 12 В. Кроме того, на каждом выходе имеются индикаторы силы тока, датчиками которых являются проволочные резисторы R4 и R5 соответственно. При потреблении нагрузкой тока силой 1 А и более от источника 5 В светится светодиод LED3, а при увеличении потребляемого тока до 2 А и выше — LED2.

Аналогично при потреблении нагрузкой тока 1 А от источника 12 В светится LED4, а более 2 А — LED5.

Вентилятор блока фиксированных напряжений включается тумблером S2. Работа вентилятора индицируется светодиодом LED7.

Регулируемый блок питания включается переключателем S3. О его работе свидетельствует свечение LED9. С вторичной обмотки трансформатора Tr1 выпрямленное диодным мостом VD3 напряжение подается на регулирующий транзистор VT2. Опорное стабилизированное напряжение на его базу поступает со стабилизатора DA1 через переменный резистор R12, которым и устанавливают выходное напряжение этого БП. Ток и напряжение на нагрузке покажут измерительные приборы РА1 и PV1, причем вольтметр автор нашел с полным отклонением стрелки 15 В, поэтому пришлось ввести переключатель диапазонов S4, в одном положении которого шкала вольтметра 15 В, а в другом — 30 В.

Детали

Детали комбинированного БП абсолютно не критичны и выбираются из того, что есть под рукой. Резисторы мощностью 0,25 Вт и более, кроме проволочных R4, R5. В моем случае эти два резистора были изготовлены самостоятельно из высокоомного провода.

Трансформатор можно использовать любой подходящий по мощности, с выходным переменным напряжением 25…30 В. Диодный мост рассчитан на ток 4 А. Дроссель L1 взят из компьютерного блока питания. Стабилизатор DА1 — любой с выходным напряжением 12 В. Приборы РА1, Р/1 типа М42100, на пределы 3 А и 15 В соответственно.

Тип компьютерного блока питания не указываю — он может быть любым из доступных нашим читателям.

Автор: Александр Молчанов, г. Ровно

Источник: Радиоаматор №4, 2015

Комбинированные блоки питания и накопители энергии (часть 3)

Совместно с первыми по времени выпуска блоками питания (БПН, БПЗ и др. [1]) для обеспечения электропитанием цепей управления выключателя применялись внешние конденсаторные блоки БК-400 [1, 2], состоящие из конденсатора С и разделительных диодов Д1, Д2 (рис. 1, а), позволяющих подключать к одному блоку питания несколько конденсаторных блоков (рис. 1, б). При замыкании контакта 1РЗ происходит разряд конденсатора 1С через обмотку электромагнита отключения выключателя 1ЭО, а разряд другого конденсатора 2С предотвращают диоды 2Д1, 2Д2.


Рис. 1 Блок БК-400. Схемы — принципиальная (а) и включения (б) с диодным разделением цепей [1]

В рассматриваемых в данной работе комбинированных блоках питания применяются как внешние (по аналогии с блоками БК-400), так и встроенные накопители энергии. Например, в блоке БПК-4 [3] (рис. 2) предусмотрена схема заряда и контроля, ограничивающая повышение напряжения на обкладках внешнего конденсатора, подключаемого к выводам 4,5 соединителя ХТ3. Кроме этого, при снижении напряжения ниже 75 В схема размыкает контакт реле «контроль заряда» и подаёт соответствующий сигнал во внешние цепи. Время заряда конденсатора ёмкостью 1000 мкФ до напряжения равного 0,75 Uуст не превышает 10 с. 


Рис. 2. Комбинированный блок питания типа БПК с устройством БМРЗ

Производитель блока БПК серийно выпускает блок БК, с конденсатором ёмкостью до 6800 мкФ [4], который может быть использован совместно с ним. Однако время заряда конденсатора такой ёмкости не нормируется.

Такой же конденсаторный блок может быть использован для увеличения времени работы цифрового устройства релейной защиты после исчезновения оперативного питания сверх 0,5 с, регламентированных

РД [6]. Для этой цели в некоторых цифровых устройствах предусмотрены выводы «Бат. Плюс» и «Бат. Минус» (рис. 2), к которым подключают внешний накопитель энергии. Следует отметить, что включенный таким образом накопитель энергии не помогает сохранить напряжение в цепях, обеспечивающих питание дискретных входов и выходов.

Подробно о таком использовании накопителя энергии с цифровыми устройствами релейной защиты, имеющими специальные выводы для подключения внешнего накопителя, рассказано в работах [6,7].

Для увеличения времени работы блока после исчезновения оперативного питания на входах тока и напряжения в блоках серии БПНТ [8] предусмотрено подключение внешнего накопителя энергии к выводам 9, 13 (рис. 3)1.


Рис. 3 Схема подключения блоков серии БПНТ

Включенный таким образом накопитель сохраняет напряжение питания всех потребителей, подключаемых к выводам 15 и 19. 

В некоторых комбинированных блоках питания, например «Орион-БПК-2» [9] применены два встроенных накопительных конденсатора. Первый (нижний по схеме на рис. 4), в цепи постоянного тока, обеспечивает в течение 0,5 с напряжение на выходе не менее 180 В даже при отсутствии подпитки со стороны входов тока.


Рис. 4. Накопительные конденсаторы в блоке «Орион — БПК-2»

Второй (верхний по схеме на рис. 4), ёмкостью 660 мкФ, предназначен для питания цепей отключения выключателя. Ограничитель-стабилизатор обеспечивает поддержание напряжения на этом конденсаторе в диапазоне от 240 до 320 В. 

О наличии напряжения на выходах блока сигнализируют светодиоды. Защиты выходных цепей накопительного конденсатора, питающего электромагнит привода включателя, не предусмотрено.

В комбинированном блоке питания КБП-301 [10, 11] встроенные накопители энергии отсутствуют, поэтому производитель для повышения надежности обеспечения схемы релейной защиты электропитанием рекомендует применять этот блок совместно с конденсаторным блоком БК-101 [12].

В отличие от ранее рассмотренных схем, вход блока БК-101 подключается непосредственно к источнику оперативного питания, а выход — к входу напряжения комбинированного блока питания, т.е. в разрыв цепи питания блока релейной защиты БМРЗ (рис. 5).


Рис. 5 Подключение внешнего накопителя энергии БК-101 к блоку КБП-301

Питание от вторичных цепей трансформаторов тока IA и IC поступает на соответствующие входы блока КБП-301.

В конденсаторном блоке БК-101 (рис. 6, а) предусмотрена схема коммутации СхК (рис. 6, б) подключающая конденсатор С к его выходу только при снижении напряжения на входе блока ниже 130 В. При напряжении, превышающем 130 В конденсатор отключен от выхода блока, а схема заряда СхЗ обеспечивает поддержание на обкладках конденсатора напряжения не более 220 В. Время заряда накопителя до этого напряжения — не более 14 с. 


Рис. 6 Внешний вид (а) и структурная схема (б) блока БК-101

В блоке БК-101 предусмотрена схема защиты от короткого замыкания СхЗащ и защита СхЗ конденсатора С. Схема индикации СхИ сигнализирует о наличие напряжения на выходе блока в диапазоне от 20 до 270 В. 

Зависимость времени разряда накопителя С от мощности нагрузки при нормальных климатических условиях показана на рис. 7. 


Рис. 7 Время разряда накопителя в зависимости от нагрузки

Для увеличения выходной мощности или времени разряда накопителей допускается параллельное соединение выходов блоков БК-101, развязку которых обеспечивают диоды V (см. рис. 6, б). Входы блоков БК-101 могут подключаться как к одному и тому же (рис. 8), так и к разным источникам оперативного питания.


Рис. 8 Параллельное соединение блоков БК-101

Большие функциональные возможности представляет собой блок питания БК-202 с двумя накопительными конденсаторами (рис. 9), в котором предусмотрено два гальванически развязанных входа для подключения к разным источникам переменного напряжения 220 В — «Вх. 1» и «Вх. 2», защищенные от короткого замыкания внутри блока с помощью плавких предохранителей.

Применение гальванически изолированных преобразователей напряжения DC/DC позволило обеспечить работу обоих выходов даже при наличии только одного из входных напряжений, т.е. блок обеспечивает АВР по оперативному питанию.


Рис. 9 Структурная схема конденсаторного блока БК-202

Применение накопителя энергии в канале, предназначенном для питания релейной защиты («Вых. 220 В»), позволяет сохранять напряжение на выходе блока в течение достаточно длительного промежутка времени (рис. 10).


Рис. 10 Время поддержания напряжения на выходе «Вых. 220 В» в зависимости от мощности нагрузки

При небольшой мощности, потребляемой цепями питания, дискретными входами и выходами цифрового блока релейной защиты применение блока БК-202 позволяет отказаться от использования токовых цепей как источника оперативного питания в аварийных режимах.

При значительной мощности, потребляемой от источника оперативного питания, блок БК-202 может использоваться с комбинированным источником питания, включаемым по одной из схем, приведенных на 
рис. 11.


Рис. 11 Варианты подключения блока БК-202

В настоящее время действует стандарт ГОСТ Р МЭК 60536-2-2001, требующий снабжать накопители энергии знаком «Опасное напряжение» (код знака W08 по ГОСТ Р 2.4.026-2001) и надписью, указывающей время разряда (если это время превышает 5 с). В соответствии с этими требованиями блоки БК-101 и БК-202 соответствующими знаком и надписью (рис. 12), а в дополнение к этому частота мигания светодиода на выходе блока БК-202 с уменьшением напряжения увеличивается.


Рис. 12 Внешний вид блока БК-202

Литература

  1. Реле защиты. М.: Энергия, 1976. 464 с.
  2. Блок конденсаторный БК-400 // материал размещен на странице.
  3. Блок питания комбинированный БПК 3(4)// материал размещен на странице.
  4. Блок конденсаторный. Этикетка. ДИВГ.673481.001 ЭТ.
  5. РД 34.35.310-97 Общие технические требования к микропроцессорным устройствам защиты и автоматики энергосистем. М.: ОРГРЭС, 1997 (с изменением № 1).
  6. Гондуров С.А., Захаров  О. Г. Требования к оперативному питанию цифровых устройств релейной защиты и автоматики.//Энергия и менеджмент, сентябрь-октябрь, 2005 
  7. Захаров О.Г., Козлов  В.Н. Корректировка требований к условиям питания оперативным током цифровых устройств защиты, автоматики и сигнализации.//Электротехнический рынок, № 2(20) Март-Апрель 2008
  8. Блоки питания серии БПНТ. Руководство по эксплуатации. БКЖИ.656121.203РЭ
  9. Блок питания комбинированный «Орион-БПК»// материал размещён странице.
  10. Комбинированный блок питания КБП-301 //материал размещен на странице.
  11. Потапенко В.И., Езерский  В. Г. Источник питания устройств релейной защиты от токовых цепей комплектного распределительного устройства. //Заявка 2008135414/22 (045159). Приоритет от 01.09.2008.
  12. Блок конденсаторный БК-101// материал размещен на странице.
  13. БМРЗ-100 Блок релейной защиты// материал размещен на странице.
  14. ДИВГ.648228.024 РЭ. Блок микропроцессорный релейной защиты БМРЗ. Руководство по эксплуатации / Приложение  Б. Подключение внешних накопителей. //материал размещен на странице.
  15. Чернобровов Н.В., Семенов  В. А. Релейная защита энергетических систем. М.:Энергоатомиздат, 1998, 800 с.
  16. Источник питания комбинированный. Патент на изобретение № 2216844. Приоритет от 26.07.2001 // С. В. Езерский, А. В. Миров, В. И. Потапенко, Ю. А. Алексеев.
  17. Источник питания устройств релейной защиты от токовых цепей комплектных распределительных устройств. Заявка на полезную модель № 2008135414 с приоритетом от 01.09.2008 // Потапенко  В. И..

------
1На рис. 2, а показано последовательное соединение обмоток на токовых входах (перемычки 4-6 и 12-14).

Захаров О. Г. 

Характеристики входных цепей комбинированных блоков питания (часть 1)

Характеристики входных цепей комбинированных блоков питания (часть 2)

Комбинированные СКУД: первый юбилей | Secuteck.Ru

В рубрику "Системы контроля и управления доступом (СКУД)" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций

Получив от редакции "Гротек" приглашение написать статью в 10-й юбилейный выпуск отраслевого каталога СКУД, я поначалу засомневался. Являясь специалистом в достаточно узкой области - комбинированных СКУД - и оценив объем ранее опубликованных мной статей на эту тему, я подумал, что мне не удастся избежать явных повторений уже опубликованного материала. Хотя, с другой стороны... Описываемые мной системы являются де-факто одногодками каталога СКУД, то есть они тоже только-только перевалили за десятилетний возраст. Чем не повод для юбилейной статьи?

Андрей Катренко
Коммерческий директор
компании "СмартСекьюрити"

В начале позвольте еще раз остановиться на самом термине - "комбинированные СКУД".

Я уже как-то писал, что термин этот не устоявшийся и в какой-то мере является изобретением автора - от чего ни в коем случае не отказываюсь.

Главное, что далее под этим термином мы будем понимать системы контроля доступа, в которых проводные и беспроводные точки доступа возможно комбинировать в любой пропорции. Причем беспроводные точки доступа не являются автономными (по классификации ГОСТ), они в обязательном порядке должны обладать возможностями по обмену информацией с центральным сервером СКУД. На сегодняшний день такой обмен возможен двумя способами: либо благодаря передаче данных через карты пользователей, либо через специальный радиомодуль.

В первом случае точку доступа не получится контролировать в реальном времени, во втором - это полноценный "реалтайм".

В итоге получаем три варианта работы оборудования точки доступа в комбинированной СКУД.

Вариант А. Проводной онлайн

Реализация: достаточно хорошо известный специалистам набор оборудования, состоящий из контроллера СКУД, считывателя (считывателей) карт, исполнительного устройства (УГЛУ - турникет, магнитный или электромеханический замок и т.д.), необходимых (то есть опциональных) датчиков, адаптеров для аппаратных стыковок со "смежниками" и кодонаборных панелей и, конечно, блока питания. Контроллер СКУД должен быть обязательно сетевым (в подавляющем большинстве случаев они общаются с БД СКУД по IP, а не RS-485). При всей схожести даже такой вариант сильно отличается от распространенных на нашем рынке - об этом упомянем ниже.

Вариант Б. StandAlone точка доступа

Я намеренно избегаю термин "автономная", так как она принципиально отличается от того, что у нас понимают под "автономным контроллером доступа".

В данном случае речь идет о точках доступа, которые не работают в режиме реального времени, но являются частью единой системы, и без комплекса управления их использовать не получится.

Реализаций может быть несколько:

  1. Тот же набор из контроллера, считывателя, УПУ, блока питания, что и выше, но без связи с центральным ПК в реальном времени (магистраль отсутствует как класс).
  2. Электронный замок, в котором все вышеперечисленные компоненты, в том числе источник питания в виде батарей, конструктивно объединены в одном корпусе.
  3. Электронный цилиндр, специализированные замки для мебели или шкафчиков, навесные электронные замки и тому подобные специализированные устройства.

Вариант В. Беспроводной онлайн

То есть беспроводные точки доступа с радиомодулем.

Реализации такие же, как в предыдущем варианте, за исключением первого варианта: электронные замки и цилиндры, оборудованные радиомодулем. В статье, посвященной беспроводным СКУД, я уже писал, что не считаю корректным называть связку "контроллер -считыватель - и далее по списку..." беспроводной в случае, если проводную магистраль мы заменили на Wi-Fi-модуль, но вся остальная проводная "обвязка" (то есть провода от контроллера к считывателям, УПУ и т.д.) при этом никуда не делась.

Немного теории

Оценив этот список, внимательный читатель наверняка возмутится: "Позвольте, но при чем здесь 10-летний юбилей??? Все перечисленное оборудование известно давным-давно. Я уж не говорю про контроллеры СКУД, но электронные замки появились лет эдак тридцать назад, электронные цилиндры - чуть позже, а вот замки и цилиндры с радиомодулем как раз появились достаточно недавно!"

Правильно!

Но комбинированные СКУД характеризуются не только (и не столько) вышеуказанным набором "железа", но прежде всего принципиально иным подходом к термину "карта доступа".

Эти системы не являются идентификационными приложениями. Карта доступа используется в них не как идентификатор, а как носитель данных. СКУД при этом переходит в разряд верификационных приложений: вместо поиска идентификатора карты и связанного с ним уровня доступа пользователя в памяти контроллера СКУД в этих системах происходит сравнение данных, записанных на карту, с данными из памяти контроллера. Благодаря этому надобность в хранении списка идентификаторов карт в памяти каждого контроллера исчезает.

В комбинированных СКУД карта должна быть не просто носителем данных о доступе пользователя (все системы электронных замков и так были построены именно на этой технологии) - она должна работать в роли флешки, через которую БД СКУД и точки доступа Stand Alone обмениваются данными в обоих направлениях

В комбинированных СКУД карта должна быть не просто носителем данных о доступе пользователя (все системы электронных замков и так были построены именно на этой технологии) - она должна работать в роли флешки, через которую БД СКУД и точки доступа Stand Alone обмениваются данными в обоих направлениях.

Для того чтобы этот обмен происходил максимально оперативно и комфортно (как для пользователей, так и для администратора СКУД), нам и нужна комбинация различных типов точек доступа в одной системе.

Для объяснения вернемся к проводным онлайн-точкам доступа.

Отличие онлайн-контроллеров СКУД комбинированной системы от "обычных" состоит в том, что они не просто работают в режиме реального времени, но также выполняют роль промежуточного портала в обмене данными между картой и БД СКУД. В момент прохода через такую точку доступа карта "соединяется" с БД СКУД и происходит описанный выше двухсторонний обмен данными.

Технологическое развитие комбинированных СКУД

И вот тут, наконец, мы и подошли к пониманию той ключевой точки, от которой и можно отсчитывать "юбилейное" десятилетие комбинированных СКУД.

Для появления этого класса систем понадобилось сочетание трех факторов:

  1. Появление систем, в которых электронные замки можно комбинировать с онлайн-контроллерами СКУД.
  2. Появление перезаписываемых носителей (карт доступа), чтение/запись которых можно осуществить не только на специальном оборудовании (энкодере), но и в замке или настенном считывателе. Причем запись данных (с чтением всегда проще) должна происходить достаточно быстро, чтобы не вызывать дискомфорта у рядовых пользователей (кому понравится неподвижно стоять у закрытой двери в ожидании завершения процесса чтения/записи данных несколько секунд?), и желательно бесконтактно (уж слишком много подводных камней возникает при контактных способах записи данных на карту - начиная с надежности и заканчивая стоимостью оборудования).
  3. Разработка технологии обмена данными между картой и БД СКУД при проходе пользователя через ключевые онлайн-точки доступа. Причем обмен этот должен происходить не только быстро (большинство пользователей вообще не должны догадываться о каких-то там данных, которыми карта обменивается с компьютером при входе в офис), но и быть максимально автоматизированным (чтобы не нагружать операторов/администраторов СКУД и минимизировать пресловутый человеческий фактор).

И вот как раз такое сочетание перечисленных факторов (и технологий)и произошло чуть более 10 лет назад.


Уже позднее комбинированные СКУД обогатились новыми типами оборудования (электронными цилиндрами и специализированными замками), а также беспроводными технологиями, которые позволили электронному замку (и цилиндру, кстати, тоже) работать в режиме реального времени. Но при этом технология записи и обмена данными через карту никуда не делась - эти две технологии дополняют, но никак не конкурируют друг с другом.

На этом я хотел бы завершить описание терминологии и технологических нюансов комбинированных СКУД, несмотря на то что из-за новизны самого подхода к принципам их функционирования нюансов этих более чем достаточно. Интересующимся предлагаю обратиться к моим предыдущим статьям, где очень многие аспекты описанных систем и технологий подробно обсуждались.

Практический опыт и области применения

Перейдем к практике применения комбинированных СКУД.

Зададимся простым вопросом: а ради чего, собственно, весь сыр-бор?

Зачем выдумывать какой-то новый тип систем, в корне менять устоявшиеся принципы работы СКУД и что-то там писать на карты, если есть отработанные десятилетиями технологии, принципы построения систем и общепринятые (стандартные) протоколы связи контроллера с БД СКУД, со считывателями и т.п.?

Сразу учтем тот факт, что появление столь смелого и инновационного подхода к СКУД не могло быть вызвано исключительно желанием разработчиков и поставщиков - оно было поддержано рынком. Комбинированные системы весьма успешно пережили свое первое десятилетие. Причем не просто пережили, а очень активно развивались - что и является самым убедительным доказательством их востребованности.

Комбинированные системы весьма успешно пережили свое первое десятилетие. Причем не просто пережили, а очень активно развивались - что и является самым убедительным доказательством их востребованности.
Правда, здесь нужно сделать одну очень важную ремарку: востребованы они на рынке развитых стран, прежде всего в Европе

Правда, здесь нужно сделать одну очень важную ремарку: востребованы они на рынке развитых стран, прежде всего в Европе. В России же интерес к этому типу систем появился недавно, а наши разработчики в большинстве своем сам факт их существования все еще дружно игнорируют.

Безусловно, такое положение дел вовсе не заслуга "ленивых" разработчиков. Такова специфика нашего рынка, и я ни в коем случае не хочу кого бы то ни было обвинять.

Россия и Запад: два подхода

Я не считаю себя специалистом по аналитике рынка систем безопасности, но несколько факторов, обеспечивших успех комбинированных СКУД на западных рынках, все-таки перечислить попробую (конечно, со ссылкой, что все нижеперечисленное - исключительно личное мнение автора).

1. Во-первых, западный рынок гораздо более конкурентен - не столько по количеству представленных систем и брендов, сколько по степени проникновения систем безопасности (в частности, СКУД, поскольку мы говорим именно о них). На Западе этот рынок создавался и развивался минимум вдвое дольше нашего и совсем в других условиях. Таких "пустот", как у нас, там уже давно не существует, и расти "вширь" уже фактически некуда. Поэтому для игроков рынка (поставщиков, инсталляторов и т.д.) весьма важным фактором роста является возможность проникновения "вглубь" уже существующих объектов, где СКУД была установлена, например, только на первой линии обороны, то есть на периметре. При этом с точки зрения устоявшихся (или, если хотите, модных) тенденций строительства прокладка кабелей в открытых кабель-каналах там не очень приветствуется, а бюджет на косметический ремонт после скрытной прокладки проводов сильно ограничивает оптимизм заказчиков. Электронные замки и цилиндры в этом случае оказываются прекрасным вариантом расширения "вглубь" и завоевания новых рынков. Минимум инфраструктурных ограничений - максимум свободы выбора режимов работы точки доступа, дизайна и т.п. А учитывая, что для комбинированных СКУД офис или университет на несколько сотен точек доступа - это даже не крупный, а всего лишь средний объект, потенциал такого развития (то есть перспективный рынок) весьма объемный.


2. На Западе привыкли использовать достаточно качественные материалы, в том числе когда речь идет о механических замках для офисных помещений. Когда встает выбор, что использовать для двери кабинета - механический замок (но хороший, с цилиндром в мастер-системе и т.п.) или электронный, - разница бюджета, на самом деле, не бывает столь глобальной (и кстати, столь распространенные у нас магнитные замки там почему-то совсем не жалуют).

3. Особенно важным фактором, возможно, является разница в менталитете.

Меня поначалу достаточно сильно удивлял более "мирный" подход к функциям, которые должна выполнять СКУД, подразумевая не столько подход производителей, сколько заказчиков. Они (там, на Западе) рассматривают системы доступа не только как систему безопасности, призванную обеспечить защиту от проникновения (со всеми вытекающими грозными функциями), но зачастую как систему электронного запирания (к которой предъявляются в основном требования по комфортному ежедневному использованию). И часто функции электронной системы запирания для заказчиков оказываются важнее.

У нас же к СКУД непременно предъявляются требования, которые нужны разве что на каком-нибудь ядерном объекте: функции прохода под принуждением, входа по правилу двух и более лиц, подтверждение прохода охранником и т.д. В западных системах такие требования тоже встречаются, но далеко не во всех. Просто потому, что на большинстве "мирных" объектов этот функционал не востребован. Так же, как и поголовная интеграция всех систем безопасности сразу.

У меня всегда возникает аналогия с транспортом. Для нас СКУД - это "бронетанковая техника", призванная защитить "государство" (то есть объект) от агрессии извне. Отсюда и требования к ней: выживание в случае прямого попадания снаряда, ядерного взрыва и химической атаки. И обязательная "интеграция" родов войск - бронетанковых, ракетных, воздушно-десантных и т.п.

На Западе рассматривают системы доступа не только как систему безопасности, призванную обеспечить защиту от проникновения (со всеми вытекающими грозными функциями), но зачастую как систему электронного запирания (к которой предъявляются в основном требования по комфортному ежедневному использованию). И часто функции электронной системы запирания для заказчиков оказываются важнее

На Западе СКУД - это скорее автомобиль для комфортного передвижения по европейским дорогам. Автомобили очень разные - легковые, грузовые и автобусы, для личного и общественного пользования. И главное требование к ним - чтобы можно было "сесть и поехать!". Даже требование легкого бронирования - это скорее опция для автомобилей "суперпредставительского" класса.

Опять-таки это вовсе не означает, что на Западе нет систем класса "бронетанковой дивизии". Конечно, есть, но они применяются там, где положено: на внешних границах в особо опасных регионах. А на работу они все-таки предпочитают ездить на комфортном автомобиле.

Когда у меня возникает очередной спор с коллегами по цеху на тему возможностей и особенностей комбинированных СКУД, чаще всего они идут вокруг вопросов следующего рода: "Что лучше: обычный сетевой контроллер на 4 двери и 8 считывателей или электронный замок на батарейках? Что надежнее: беспроводной онлайн или 485-я шина? Что дешевле: считыватель карт Em-Marine с интерфейсом Wiegand или электронный цилиндр?"

Большинство из них не имеет смысла, это все равно что сравнивать степень бронирования танка и автобуса. Ответ-то при этом очевиден. Но во всех ли ситуациях отсутствие бронирования у автобуса будет недостатком?

Как бы ни был хорош танк, но в мирное время автомобилей будет производиться на порядки больше. И хотя аналогия с гражданским и военным транспортом, конечно же, не до конца справедлива в отношении столь специфичной области, как СКУД, но перспективный рынок комбинированных систем (как минимум с точки зрения количества оборудуемых точек доступа в среднем на один объект) всегда будет больше. Особенно тогда, когда заказчики в России начнут воспринимать фактор "комфорта" СКУД как не менее важный, чем "степень бронирования".

Опубликовано: Каталог "СКУД. Антитерроризм"-2013
Посещений: 7667

В рубрику "Системы контроля и управления доступом (СКУД)" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций

Комбинированные цепи смещения с источниками и стабилизаторами тока и напряжения

 

Прежде всего напомним читателю то, о чем мы говорили в разделе 3.4. И в первую очередь — базовые положения, на основании которых мы пришли к стандартным схемам задания смещения с фиксированным током базы и эмиттерно-базовой стабилизации. Суть этих положений состояла в следующем.

Задание рабочей точки по постоянному току состоит в задании и поддержании стабильными всех токов и напряжений на (между) электродах транзистора. Анализ статических характеристик показывает, что стабилизация с помощью внешних цепей тока базы, напряжения база—эмиттер или коллектор—база приводит к автоматической стабилизации и всех других показателей. Остается только проблема поддержания этих показателей на заданном уровне при разнообразных внешних воздействиях (колебания температуры, напряжения питания и т.п.).

В схеме с фиксированным током базы на рис. 3.5 мы рассматривали включение резистора \(R_Б\) в цепь протекания базового тока как средство задания величины этого тока. Мы можем обобщить указанную схему и представить ее в виде, показанном на рис. 3.39. Здесь специальный символ используется для обозначения идеализированного источника постоянного тока. Это общепринятое обозначение, и мы будем применять его в дальнейшем и для описания источников переменного тока.

 

Рис. 3.39. Обобщенный вид схемы с фиксированным током базы

 

В реальных схемах источник тока \({I_Б}_0\) замещается некоторой конкретной электрической цепью. В зависимости от необходимой точности приближения к идеалу и режима работы такая цепь может содержать различное (иногда относительно большое) количество компонентов. В рамках данной книги мы не будем рассматривать способы реализации источников тока. Однако для примера приведем ряд довольно простых схем на биполярных транзисторах, которые могут выполнять эту роль (рис. 3.40). Полная же схема задания режима работы биполярного транзистора по постоянному току с применением источника тока может выглядеть, например, так, как показано на рис. 3.41.

 

Рис. 3.40. Примеры источников тока на биполярных транзисторах

 

 

Рис. 3.41. Возможные варианты исполнения схем смещения с источниками тока на биполярных транзисторах

 

Теперь обратимся к схеме эмиттерно-базовой стабилизации (рис. 3.6). Ее обобщенный вариант, в котором делитель напряжения на резисторах \(R1\), \(R2\) заменен на идеализированный источник напряжения (обозначается символом ), показан на рис. 3.42. В отличие от случая с источником тока использование подобного решения возможно далеко не всегда (теоретически возможно в высокочастотных каскадах). Обусловлено это в первую очередь тем, что внутреннее сопротивление идеализированного источника напряжения считается нулевым (у реальных схем оно, конечно, отличается от нуля, но все равно очень низкое). Кроме того, возникают некоторые проблемы и с обеспечением температурной стабильности рабочей точки. В результате решения с источниками напряжения не находят широкого применения в усилительных каскадах, и приводить здесь какие-либо конкретные примеры мы не будем.

 

Рис. 3.42. Схема эмиттерно-базовой стабилизации с источником напряжения

 

 

 

< Предыдущая   Следующая >

Производство печатных плат на заказ в Москве

Международная компания «Сай Фон Технолоджис» предлагает клиентам изготовление печатных плат на заказ мелкими и крупными партиями на выгодных условиях с доставкой изделий в любую точку России. Наши современные производственные линии расположены в Китае, на Тайвани и Германии, а головной офис продаж в Москве, что позволяет выполнять индивидуальные заказы любой сложности, объемов и срочности, полностью контролировать вест цикл производства и предлагать минимальные рыночные цены.

Виды печатных плат на заказ

Современное производство компании «Сай Фон Технолоджис» выпускает на заказ печатные платы:

  • Высокочастотные (аналоговые радиочастотные и цифровые высокочастотные) – для сложной космической, авиационной и военной техники и электроники с широким частотным диапазоном на основе диэлектрических (армированных, керамических,  термостабильных, термореактивных) стеклотканевых материалов и фторопластов от Rogers, Neltech и Taconic. Изготавливаются тентинг- и комбинированным позитивным способом.
  • Гибкие/гибко-жесткие (однослойные или многослойные) – для автомобильной, телекоммуникационной, медицинской, компьютерной, военной техники и бытовых электроприборов в качестве замены кабельных разъемов и проводов. Изготавливаются из диэлектрического полиамида или полиэтилентерефталата, компактны, гнучки и эластичны, просты в сборке и системно надежны, могут компоноваться объемно.
  • Однослойные – для систем автоматики бытовых и светодиодных электроприборов, измерительного оборудования и блоков питания. Изготавливаются субтрактивным химическим методом из стеклоткани или слоистого стеклотекстолита FR4, имеют минимальную толщину (1-1,5 мм), могут иметь встроенный металлический теплоотвод (IMS) и слой медной фольги с одной из сторон, защищены паяльными масками и финишным покрытием. Фоторезист наносится трафаретным или фотопечатным способом.
  • Двухслойные (ДПП) – для промышленной и бытовой электроники, систем питания, сигнализации и телекоммуникации, измерительного и военного оборудования.  Изготавливаются из фенольного, эпоксидного, целлюлозного и стеклотекстолитного композита тентинг – и комбинированным позитивным способом, имеют два слоя диэлектрика и внутренним проводником и сквозными прорезными отверстиями.
  • Многослойные (МПП) наружные, сигнальные, теплопроводящие и слои питания – для высокочастотного оборудования сигнальных цепей. Изготавливаются из фторопластов, стеклотекстолитов и комбинированных базовых материалов Rogers и KingBoard способами наращивания, прессования и комбинированным, могут иметь до 32 слоев диэлектрика с элементами топологии, глухие или скрытые электросоединения.
  • Многослойные, повышенной плотности (HDI-платы) – для систем мобильной связи и мультимедиа, слежения и наблюдения, медицинских измерительных и военных приборов. Изготавливаются из стеклотекстолитов ShengYi (FR4) способом послойного наращивания, попарного прессования с применением лазеров или субстрактирования. Отличаются высоким уровнем разрешения топологии, сверхтонкой и сверхплотной структурой диэлектрика (RCC) и многоуровневыми многослойными (глухими и слепыми) переходами.

 

  • На металле со встроенным теплоотводом (IMS) – для сложного электронного оборудования, работающего в сложных климатических и термических условиях. Изготавливаются из алюминиевых, медных или стальных сплавов, на которые напрессовывается один или множество диэлектрических слоев тентинг- или субтрактивным способом. Отличаются повышенной механической прочностью и устойчивостью к вибрациям, обеспечивают высокий уровень электромагнитного экранирования, имеют толщину от 70 мкм до 1-2 мм.
  • Планарные трансформаторы (навесные, гибридные) – для телекоммуникационного, компьютерного и военного оборудования, военных и космических систем связи, силовых и сварочных установок. Изготавливаются методами склеивания или зажима. Могут быть одно- или многослойными, компактны, отличаются максимальным  КПД, высокой плотностью выходной мощности, повторяемостью свойств, легко заменяют объемные и индукционные катушки.

Материалы и технологии

При производстве печатных плат используются самые современные органические и неорганические базовые материалы (ламинированные фольгой диэлектрические пластины) – стеклоткань, стеклотекстолиты, полиамиды с эпоксидными и подиимидными связующими, кремний, алюминий и керамика.

В качестве финишных защитных покрытий плат используются припои HASL (ПОС-63), бессвинцовое лужение (HASL LF), химический никель, мягкое и жесткое золочение, иммерсионное серебрение (ImAg), золочение (ImAu) и покрытие оловом (ImSn), органический (OSP) и графитовый слои.

Толщина изготавливаемых плат составляет 3-7 мм, толщина фольгированного слоя – 1-12 oz. При производстве по точным габаритам учитываются типовые допуски по изгибу плоскости и габаритам плат, ширине проводника, диаметрам отверстий. Обработка контуров печатных плат – фрезер, штамповка, скрейбирование  (1/3, ¼, 2/3), лазер.

Цены на печатные платы в Москве        

Компания «Сай Фон Технолоджис» принимает в Москве заказы на производство печатных плат любого вида и в любых объемах. Мы:

  • помогаем проектировать и разрабатывать типологию изделий;
  • поставляем базовые и защитные материалы от прямых производителей;
  • предлагаем инженерную поддержку и проектный контроль;
  • обеспечиваем международную сертификацию и гарантию на изделия на 3 года.

Стоимость изготовления печатных плат на заказ будет зависеть от вида и габаритов изделий, количества единиц в партии, количества слоев диэлектрика и типов обработки материала, необходимости сверления и металлизирования переходных отверстий, цвета паяльной маски, требований к маркировке и уровню электроконтроля, сложности и срочности заказа.

По вопросам производства и срочного изготовления печатных плат обращайтесь к нашим консультантам. Вы также можете самостоятельно рассчитать ориентировочную стоимость заказа на производство печатных плат, используя онлайн-калькулятор на сайте.

Комбинированные блоки питания. Испытания токовых входов / Публикации / Energoboard.ru

Разместить публикацию Мои публикации Написать
16 февраля 2017 в 17:00

Входы комбинированных блоков питания подключают к двум источникам энергии [1, 2]:

  • трансформаторам напряжения;
  • трансформаторам тока.

Для токовых входов характерны два режима работы, отличающиеся значениями тока:

  • длительный, без ограничения продолжительности протекания тока [3, 4];
  • кратковременный, с ограничением времени протекания тока.

Значение тока в длительном режиме ограничено не только перегрузочной способностью вторичной обмотки трансформатора тока, но и нагревостойкостью изоляции контактных зажимов и проводников.

Для кратковременного режима работы комбинированных блоков питания значения тока ограничено термической стойкостью1 контактных зажимов и динамической стойкости проводников в течение 1 с2.

Для испытания токовых входов комбинированных блоков питания в данных режимах работы собирают схему, показанную на рисунке 1 [6], а в качестве источника регулируемого тока ТА1 применяют устройство [7], упрощенная схема которого приведена на рисунке 2.

Рисунок 1. Схема для испытаний токовых входов

Q1, Q3 – сетевые выключатели, Q2 – выключатель нагрузки, AR – нагрузка, AU – блок питания, PA1 – амперметр, PV1 – подключение осциллографа для измерения коэффициента пульсаций по напряжению, PV2 – то же, по току, PV3 – вольтметр, RI1 – шунт

При испытаниях комбинированных блоков в длительном и кратковременном режимах можно использовать и другие регулируемые источники тока, например, такие сложные, как «Ретом-21» или самые простые, такие как «РИТ-100».

Основной элемент таких источников тока – регулируемый автотрансформатор Т13. Подачу сетевого напряжения на первичную обмотку ЛАТР осуществляют с помощью контактов реле К1 (как показано на рисунке 2) или выключателя.

Рисунок 2. Схема главных цепей источника тока [7]

Напряжение, подаваемое на вход понижающего трансформатора Т2 регулируют, изменяя положение подвижного скользящего контакта трансформатора Т1.

С помощью симистора V1 включают и отключают напряжение на первичной обмотке понижающего трансформатора, создавая тем самым ток в токовых входах комбинированного блока питания. Измерение выходного тока производят с помощью измерительного многообмоточного трансформатора тока Т3.

Применение понижающего трансформатора с электрически разделенными первичной и вторичной обмотками позволяет обеспечить гальваническую развязку входных токовых цепей комбинированных блоков питания с сетью.

Испытания токовых цепей блока питания начинают с включения сетевого выключателей Q3 и установки длительно допустимого значения тока на токовом входе I комбинированного блока питания. Согласно [1] значение этого тока может находиться в диапазоне от 5 А (для блоков типа ИПК, БПНТ) до 15 А (для всех комбинированных блоков питания НТЦ «Механотроника»).

Следует учитывать, что для некоторых комбинированных блоков питания установлена выходная мощность, которую он должен обеспечивать при заданном значении тока. Для проверки этой характеристики с помощью регулируемого источника тока TA1 устанавливают необходимое значение тока и сопротивление нагрузки, а по показаниям амперметра РА1 и вольтметра РV3 вычисляют мощность нагрузки.

Во время этого испытания также проверяют блокирование каналов тока, в том случае, когда такая функция предусмотрена конструкцией блока (рисунок 3).

Рисунок 3. Токовые цепи комбинированного блока питания

1 – трансформатор «ток-напряжение» и проводники 2, соединяющее его с реле 3 блокирования токовых цепей, 4 – проводники, соединяющие реле с входными зажимами

Перед проведением этого испытания устанавливают:

  • на входе I длительно допустимое значение тока;
  • на входе U напряжение, меньшее, чем установленное в документации значение Uвх4.

Наличие или отсутствие тока на токовом входе контролируют по показаниям амперметра, подключенного во вторичную обмотку трансформатора тока Т3 (см. рисунок 2).

Узел блокирования считается исправно функционирующим, если при повышении напряжения сверх Uвх, комбинированный блок питания снижает потребление энергии по каналу тока до минимального значения.

Для проверки термической стойкости токового входа и всех его элементов в испытательной схеме (см. рисунок 2) должен быть предусмотрен таймер для принудительного отключения тока через промежуток времени, указанный в документации на комбинированный блок питания, например, 1 с.

Рисунок 4. Осциллограмма тока термической стойкости [9]

После завершения испытания на воздействие тока термической стойкости проверяют состояние контактных зажимов токовых цепей, проводников 2, 4 и вводов трансформатора 1, узла блокирования токового входа 3.

Комбинированный блок питания считается выдержавшим испытания, если после воздействия тока термической стойкости зажимы токовых цепей, проводники, вводы трансформатора, изоляция проводников и другие элементы токовых цепей не имеют следов перегрева, разрушений и других дефектов [10].

Литература:

  1. О.Г. Захаров. Источники питания для схем с цифровыми устройствами релейной защиты. М.: НТФ «Энергопрогресс», «Энергетик», 2011, 102 с., [Библиотечка электротехника, приложение к журналу «Энергетик», вып. 2(146)]
  2. Комбинированные блоки питания. Характеристики входных цепей. // [Электронный ресурс], режим доступа: http://olgezaharov.narod.ru/KBP/kbp2new.pdf
  3. ГОСТ 7746-2001. Трансформаторы тока. Общие технические условия.
  4. ГОСТ 10434-82. Соединения контактные электрические. Классификация. Общие технические условия.
  5. Комбинированные блоки питания. Определение коэффициента пульсаций напряжения и тока // [Электронный ресурс], режим доступа: http://www.energoboard.ru/articles/4104-kombinirovannie-bloki-pitaniya-opredelenie-koeffitsienta-pulsatsiy-napryageniya-i-toka.html
  6. PTE-100-C PRO. Прибор для испытаний реле тока и напряжения до 250 А со встроенным автономным каналом регулируемого напряжения. Руководство пользователя. // [Электронный ресурс], режим доступа: http://eurosmc.su/data/ware_docs/53aae0dcc55c7.pdf
  7. Блоки серии БПК 3 (4) // [Электронный ресурс], режим доступа: http://rza.org.ua/article/read/Bloki-serii-BPK-3--4-_115.html
  8.  Испытания на стойкость при сквозных токах короткого замыкания. // [Электронный ресурс], режим доступа: http://www.niiva.org/data/article3.pdf 10. ГОСТ 25034-85 (СТ СЭВ 2188-80) Зажимы контактные винтовые. Классификация. Технические требования. Методы испытаний.

 

Автор: Захаров О.Г.

4 июня 2012 в 11:00 178027

12 июля 2011 в 08:56 39890

28 ноября 2011 в 10:00 29058

21 июля 2011 в 10:00 18235

16 августа 2012 в 16:00 17157

29 февраля 2012 в 10:00 16613

24 мая 2017 в 10:00 14852

14 ноября 2012 в 10:00 13690

25 декабря 2012 в 10:00 11568

31 января 2012 в 10:00 10389

Профессиональный триммер с комбинированным питанием Wahl Beret Stealth черный 8841-1516 / 4216-0472

Профессиональный триммер WAHL BERET STEALTH для стрижки волос и окантовки

 

Этот идеальный парикмахерский инструмент прекрасно подойдет, как для профессионалов, использующих его в своей работе, так и для домашнего пользования. Благодаря возможности комбинированного питания (машинка может работать не только от сети, но и в автономном режиме), триммером WAHL BERET STEALTH несложно пользоваться даже там, где нет электричества.

 

Особенности и преимущества

 

Одним из характерных достоинств этого триммера является тот факт, что работать с ней очень удобно и комфортно не только настоящим мастерам своего дела, но и новичкам. Триммер WAHL BERET STEALTH – идеальное решение, если нужно выстричь бакенбарды, подровнять виски или бороду. Во-первых, данный инструмент одновременно является машинкой и триммером. Во-вторых, укомплектуется высокопрецизионным ножевым блоком, работающим с максимальной точностью и полной безопасностью. В-третьих, в автономном режиме триммер способен безостановочно работать до полутора часов.

К основным преимуществам машинки следует отнести:

- современный стильный дизайн;

- эргономичность;

- легкий вес;

- наличие светодиодного индикатора, показывающего степень разрядки аккумулятора;

- мощный роторный мотор, оснащенный специальным микропроцессором, с помощью которого возможно поддерживать постоянную скорость среза независимо ни от жесткости волос, ни от уровня зарядки аккумулятора;

- высокая производительность;

- практически полное отсутствие шума в процессе работы;

- многофункциональность;

- возможность полной зарядки инструмента всего за час.

 

Машинка укомплектована высококачественным литий-ионным аккумулятором, который обеспечивает длительность и эффективность работы в автономном режиме. Профессионалы отмечают, что с этим инструментом удобно не только работать, но и хранить его. Миниатюрная зарядная подставка для данного инструмента практически не занимает места, поэтому прекрасно подойдет для любого рабочего столика. Машинка-триммер  пользуется повышенной популярностью сегодня среди профессиональных парикмахеров всего мира за счет того, что с ее помощью можно выполнять особо точные работы на максимально близком к коже расстоянии.

 

В комплектацию данной модели входит четыре различных насадки, что увеличивает ее функциональность по созданию необычных креативных причесок.

Интересной особенностью WAHL BERET STEALTH является то, что триммер отлично подходит для груминга за счет малых размеров, особенно удобен для работы с животными в труднодоступных местах. Ножевой блок сконструирован таким образом, что шанс повредить животное крайне мал - зубчики ножа располагаются очень близко друг к другу. 

Ножевой блок легко снимается с машинки для дальнейшего ухода.

Подключение источников питания параллельно или последовательно для увеличения выходной мощности

В некоторых приложениях использования одного источника питания может быть недостаточно для обеспечения мощности, необходимой для нагрузки. Причины использования нескольких источников питания могут включать избыточную работу для повышения надежности или увеличения выходной мощности. При обеспечении комбинированного питания необходимо следить за тем, чтобы все источники питания передавали его сбалансированным образом.

Источники питания, подключенные для резервирования

Резервные источники питания - это топология, в которой выходы нескольких источников питания соединены для повышения надежности системы, но не для увеличения выходной мощности.Резервные конфигурации обычно предназначены для получения выходного тока только от основных источников питания и для получения тока от резервных источников питания в случае отказа одного из основных источников питания. Поскольку отбор тока нагрузки создает нагрузку на компоненты в источнике питания, высокая надежность в системе достигается, когда ток не потребляется от резервных источников до тех пор, пока не возникнет проблема с одним из основных источников питания.

  • Источники питания A и B - аналогичные блоки; Vout и максимальный Iout одинаковые
  • Напряжение нагрузки равно напряжению питания
  • Максимальный ток нагрузки равен максимальному выходному току одного источника
  • Электронный переключатель подключает один из выходов питания к нагрузке

Источники питания с параллельными выходами

Обычная топология, используемая для увеличения выходной мощности, заключается в параллельном подключении выходов двух или более источников питания.В этой конфигурации каждый источник питания обеспечивает необходимое напряжение нагрузки, а параллельное подключение источников увеличивает доступный ток нагрузки и, следовательно, доступную мощность нагрузки.

Эту топологию можно успешно реализовать, но есть много соображений для обеспечения эффективности конфигурации. Для параллельных конфигураций предпочтительны источники питания с внутренними цепями, поскольку внутренние цепи улучшают эффективность распределения тока. Если источники питания, используемые в приложении для разделения тока, не имеют внутренних цепей разделения, необходимо использовать внешние методы, которые могут быть менее эффективными.

Основная проблема заключается в том, насколько равномерно ток нагрузки распределяется между источниками питания. Распределение тока нагрузки зависит как от конструкции источников питания, так и от конструкции внешней цепи и проводников, используемых для параллельного соединения выходов источников питания. Практически всегда при параллельном подключении используются одинаковые блоки питания из-за проблем, связанных с эффективной настройкой блоков питания. Однако можно настроить источники питания параллельно с согласованными выходными напряжениями и несовпадающими максимальными выходными токами.

Более подробное обсуждение параллельного подключения источников питания можно найти в нашем техническом документе Current Sharing with Power Supplies.

  • Источники питания A и B должны иметь одинаковый Vout; Максимум Iout может быть разным
  • Напряжение нагрузки равно напряжению питания
  • Максимальный ток нагрузки равен сумме максимального выходного тока обоих источников
  • Цепи контроля тока балансируют ток нагрузки между источниками питания

Источники питания с выходами, подключенными последовательно

Другой вариант увеличения мощности, подаваемой на нагрузку, - это соединение выходов нескольких источников питания последовательно, а не параллельно.Некоторые из преимуществ использования последовательной топологии включают в себя: почти идеальное использование подачи питания между источниками, отсутствие необходимости в конфигурации или совместном использовании цепей, а также устойчивость к большому разнообразию конструкций приложений. Как упоминалось ранее, при параллельном подключении выходов источников питания каждый источник обеспечивает необходимое напряжение, а ток нагрузки распределяется между источниками. Для сравнения, когда выходы источников питания соединены последовательно, каждый источник обеспечивает требуемый ток нагрузки, а выходное напряжение, подаваемое на нагрузку, будет представлять собой комбинацию последовательно включенных источников.

Следует отметить, что когда блоки питания сконфигурированы с последовательным соединением выходов, источники питания не обязательно должны иметь аналогичные выходные характеристики. Ток нагрузки будет ограничен наименьшим допустимым током нагрузки любого из источников в конфигурации, а напряжение нагрузки будет суммой выходных напряжений всех источников в цепочке.

Есть несколько ограничений, налагаемых на источники питания, когда они используются в конфигурации с последовательным выходом.Одним из ограничений является то, что выход источников питания должен быть спроектирован так, чтобы выдерживать смещение напряжения из-за последовательной конфигурации. Это напряжение смещения обычно не является проблемой, но выходные напряжения источников питания с заземлением не могут быть суммированы на выходах других источников. Второе ограничение заключается в том, что выход источника питания может подвергаться обратному напряжению, если выход неактивен, когда активны остальные выходы в цепочке. Проблема обратного напряжения может быть легко решена путем размещения диода с обратным смещением на выходе каждого источника питания.Номинальное напряжение пробоя диода должно быть больше, чем выходное напряжение отдельного источника питания, а номинальный ток диода должен быть больше, чем максимальный номинальный выходной ток любого источника питания в последовательной цепочке.

  • Источники питания A и B могут иметь разные максимальные значения Vout и Iout
  • Напряжение нагрузки равно сумме выходных напряжений питания
  • Максимальный ток нагрузки равен наименьшему из максимального выходного тока любого источника
  • Диоды обратного смещения защищают выходы источников питания

Сводка

Источники питания, подключенные параллельно:

  • Плохое использование мощности из-за допуска управления разделением тока между источниками
  • Требуется специальная цепь для управления разделением тока между источниками
  • Чувствительность к проектированию и изготовлению проводов, соединяющих источники питания параллельно
  • Проще всего сконструировать с похожими блоками питания

Источники питания, подключенные последовательно:

  • Эффективное использование мощности ограничено только точностью выходного напряжения каждого источника
  • Никаких цепей для управления распределением напряжения или тока между источниками питания не требуется
  • Отсутствие чувствительности к конструкции или конструкции проводников, соединяющих источники питания в серии
  • Простая конструкция с любой комбинацией источников питания

Хотя общий метод, используемый для увеличения мощности нагрузки, подаваемой от источников питания, заключается в параллельном подключении выходов, другое решение может заключаться в последовательном соединении выходов нескольких источников питания.У поставщиков блоков питания, таких как CUI, есть технический персонал, который может помочь настроить приемлемое решение для этих и других проблем, связанных с применением блоков питания.

Категории: Основы , Выбор продукта

Дополнительные ресурсы


У вас есть комментарии к этому сообщению или темам, которые вы хотели бы, чтобы мы освещали в будущем?
Отправьте нам письмо по адресу powerblog @ cui.ком

Научитесь подключать блоки питания последовательно для получения более высокого выходного напряжения.

Два или более источника питания могут быть подключены для подачи более высокого напряжения или тока. Самый простой способ создать более высокое напряжение - это подключить блоки питания последовательно, настроить каждый источник на вывод одинакового напряжения и у каждого источника должен быть одинаковый предел тока. Сумма выходных напряжений источников питания будет приложена к ИУ.Некоторые источники питания оснащены аналоговыми управляющими сигналами, которые обеспечивают автоматическое последовательное или автоматическое отслеживание, что является более элегантным способом управления несколькими источниками питания. Источниками питания Auto-series можно управлять с помощью одного главного источника питания; Второе преимущество состоит в том, что можно использовать все функции основных источников питания. например дистанционное управление, режим CV или CC и даже аналоговое программирование. Автоматическое отслеживание позволяет нескольким источникам питания отслеживать ведущее устройство, а ведомые устройства могут иметь одинаковые выходные характеристики или могут быть сконфигурированы так, чтобы быть пропорциональными ведущему.

1) Последовательное подключение источников питания для получения более высоких напряжений

Последовательная работа двух или более источников питания может выполняться до номинальной выходной изоляции любого одного источника для получения более высокого напряжения, чем напряжение, доступное от одного источника . Некоторые источники питания, такие как серия E363x, имеют диод обратной полярности, подключенный к выходным клеммам, так что при последовательной работе с другими источниками повреждения не произойдет, если нагрузка будет закорочена или если один источник питания будет включен отдельно от его последовательного партнеры.

Некоторые меры предосторожности:

  1. Никогда не превышайте номинальное выходное напряжение изоляции любого из источников питания.
  2. Запрещается подвергать какие-либо источники отрицательному напряжению.

Рисунок 1. Три блока питания, подключенных последовательно для создания дополнительного напряжения.

Установка напряжения и тока. При последовательном подключении выходное напряжение представляет собой сумму напряжений отдельных источников питания. Каждый из отдельных источников питания должен быть отрегулирован для получения общего выходного напряжения

2) Автоматический последовательный режим

Автоматический последовательный режим обеспечивает равное или пропорциональное распределение напряжения и позволяет управлять выходным напряжением с одного ведущего блока.Напряжение ведомых устройств определяется настройкой регулятора НАПРЯЖЕНИЕ на передней панели на ведущем устройстве и резисторе делителя напряжения. Главный блок должен быть самым положительным источником питания в серии. Регуляторы выходного ТОКА всех серийных устройств работают, и предел тока равен минимальному значению. Если какие-либо регуляторы выходного ТОКА установлены на слишком низкое значение, произойдет автоматический переход на режим постоянного тока и выходное напряжение упадет.

Рис. 2. Настройки переключателя на задней панели и клеммные соединения для автоматической последовательной работы

Смешанные номера моделей могут использоваться в автоматической последовательной комбинации, при условии, что каждое ведомое устройство определено как способное к автоматической последовательной работе.Если главный источник питания настроен на работу с постоянным током, тогда комбинация главный-подчиненный будет действовать как составной источник постоянного тока.

Резисторы определяющие. Внешние резисторы управляют частью (или кратным) уставки напряжения ведущего устройства, которое подается от ведомого устройства. Обратите внимание, что процент от общего выходного напряжения, вносимого каждым источником питания, не зависит от величины общего напряжения. Для двух блоков в автоматическом последовательном соединении отношение R1 к R2 составляет

(R1 + R2) / R1 = (Vo / Vm)
R2 / R1 = (Vs / Vm)

Где Vo = автоматическое последовательное напряжение = Vs + Vm
Vm = выходное напряжение ведущего устройства
Vs = выходное напряжение ведомого устройства

Например, используя E3617A в качестве ведомого устройства и положив R2 = 50 кОм (1/4 Вт), тогда из приведенных выше уравнений
R1 = R2 (Vm / Vs) = 50 (Vm / Vs) кОм

Чтобы поддерживать температурный коэффициент и стабильность работы источника питания, выбирайте стабильные резисторы с низким уровнем шума.Конденсатор емкостью 0,1 мкФ, подключенный параллельно к резисторам R2 и R4 в трех источниках питания, поможет обеспечить стабильную работу.

Установка напряжения и тока. Используйте элементы управления главного устройства, чтобы установить желаемое выходное напряжение и ток. Управление НАПРЯЖЕНИЕМ ведомого устройства отключено. Включение регулятора напряжения ведущего устройства приведет к непрерывному изменению выходного сигнала последовательной комбинации, при этом вклад выходного напряжения ведущего устройства в напряжение ведомого всегда остается в соотношении внешних резисторов.Установите регулятор CURRENT ведомого устройства выше текущего значения ведущего устройства, чтобы ведомый не переключался в режим CC. Когда в режиме CC объединенный выходной ток совпадает с настройкой тока главного блока, а когда в CV режиме объединенное выходное напряжение является суммой выходных напряжений главного блока и подчиненного блока.

Защита от перенапряжения. Установите напряжение отключения OVP в каждом блоке так, чтобы он отключался при напряжении выше, чем его выходное напряжение во время автоматической последовательной работы.Когда главный блок выключается, он программирует любые подчиненные блоки на нулевой выход. Когда подчиненное устройство отключается, оно отключает только себя (и все подчиненные устройства ниже него в стеке). Ведущее устройство
(и все ведомые устройства выше отключаемого ведомого) продолжает подавать выходное напряжение.

Дистанционное зондирование. Для дистанционного контроля с автоматической последовательной работой установите переключатель SENSE на главном устройстве и установите переключатель SENSE на подчиненном устройстве в положение удаленного.

Удаленное аналоговое программирование напряжения. Для удаленной аналоговой программы с автоматическим последовательным управлением подключите программные (внешние) напряжения к клемме «CV» или «CC» на главном устройстве и установите переключатель «CV» или «CC» на главном устройстве в положение дистанционного.

3) Работа с автоматическим отслеживанием

Работа с автоматическим отслеживанием источников питания аналогична работе с автоматическим последовательным подключением, за исключением того, что ведущий и ведомый источники питания имеют одинаковую выходную полярность относительно общей шины или земли. Эта операция полезна там, где требуется одновременное увеличение, уменьшение или пропорциональное управление всеми источниками питания. На рисунке 3 показаны три источника питания, подключенные с автоматическим отслеживанием, с их отрицательными выходными клеммами, соединенными вместе как общая точка или точка заземления.Для двух устройств с автоматическим отслеживанием часть R2 / (R1 + R2) выхода ведущего источника питания предоставляется в качестве одного из входов для усилителя сравнения ведомого источника, таким образом управляя выходом ведомого. Основным источником питания в режиме автоматического слежения должен быть положительный источник питания с наибольшим выходным напряжением. Повышение и выключение источников питания контролируются главным источником питания. Чтобы поддерживать температурный коэффициент и характеристики стабильности источника питания, внешний резистор должен быть стабильным, с низким уровнем шума и низкой температурой.

Резисторы определяющие. Внешние резисторы управляют частью напряжения ведущего устройства, которое подается от ведомого устройства. Для двух устройств с автоматическим отслеживанием отношение R1 и R2 составляет

R2 / (R1 + R2) = (Vs / Vm)
Где Vm = выходное напряжение главного устройства
Vs = выходное напряжение подчиненного устройства

Конденсатор емкостью 0,1 мкФ, подключенный параллельно с R2 и R4 помогут обеспечить стабильную работу.

Установка напряжения и тока. Используйте регулятор VOLTAGE главного блока, чтобы установить выходное напряжение обоих блоков.Когда ведущий работает в режиме постоянного напряжения, выходное напряжение ведущего (Vm) совпадает с его настройкой напряжения, а выходное напряжение ведомого устройства для работы двух блоков составляет Vm (R2 / (R1 + R2)). Управление НАПРЯЖЕНИЕМ ведомого устройства отключено. Установите регуляторы CURRENT на главном и подчиненном блоках выше требуемых значений тока, чтобы обеспечить работу постоянного напряжения главного и подчиненного блоков.

Защита от перенапряжения. Установите напряжение выключения OVP в каждом блоке так, чтобы оно выключалось при напряжении выше, чем его выходное напряжение во время операции автоматического слежения.Когда главный блок выключается, он программирует любые подчиненные блоки на нулевой выход. Когда ведомое устройство выключается, оно выключается только само.

Дистанционное зондирование. Чтобы включить дистанционное зондирование с автоматическим отслеживанием независимо, настройте каждое устройство для дистанционного зондирования в соответствии с инструкциями по дистанционному зондированию, приведенными в предыдущем абзаце.

Многопользовательский блок питания

для успешных прикладных плат - Часть 1: Стратегия

Введение: Задачи инженера в динамике развития

Иногда проектирование питания остается второстепенным для приложений на печатных платах, из-за сжатых временных графиков, вынуждающих инженеров упускать из виду важные детали, кроме стандартных V IN , V OUT и требований к нагрузке.К сожалению, упущенные детали могут проявиться в производстве печатных плат как трудно диагностируемые проблемы. Например, после длительного процесса отладки разработчик обнаруживает, что схема неправильно ведет себя, скажем, из-за шума переключения. Источник случайных ошибок может быть очень трудно определить.

Эта статья является первой из серии из двух частей, в которых рассматриваются некоторые проблемы, которые иногда упускаются из виду при проектировании многорельсовых источников питания. Часть 1 посвящена стратегии и топологии, а часть 2 посвящена особенностям планирования энергопотребления и компоновки платы, а также некоторым советам и приемам.Поскольку многие платы приложений используют питание для смещения ряда логических уровней, в этой серии статей рассматривается решение с платой с несколькими источниками питания. Цель состоит в том, чтобы достичь правильной топологии или стратегии первоначального проектирования.

Так много вариантов

Для любой конкретной конструкции блока питания существует множество возможных решений. В следующих примерах описывается несколько вариантов, таких как одночиповое питание по сравнению с интегральными схемами (ИС) на рельсе с несколькими напряжениями. Оцениваются компромиссы между стоимостью и производительностью.Компромиссы между регуляторами с малым падением напряжения (LDO) и импульсными регуляторами (часто называемыми понижающими или повышающими регуляторами) рассматриваются. Также включены гибридные методы (то есть сочетание стабилизаторов LDO и понижающих регуляторов), включая решения для регуляторов входного и выходного напряжения (VIOC).

В этой статье мы рассмотрим шум переключения и то, как, если конструкция импульсного источника питания не фильтруется должным образом, это может повлиять на схему печатной платы. Другие аспекты проектирования включают стоимость, производительность, реализацию и эффективность с точки зрения проектирования верхнего уровня.

Например, как можно лучше всего спроектировать топологии с несколькими источниками питания на основе заданного источника или источников? Исходя из этого, мы углубимся в конструкцию, технологию интерфейса IC, пороговые уровни напряжения и тип шума регулятора, влияющего на схему. Мы рассмотрим некоторые фундаментальные логические уровни, такие как транзистор-транзисторная логика (TTL) 5 В, 3,3 В, 2,5 В и 1,8 В, дополнительные металлооксидные полупроводники (CMOS) и их соответствующие пороговые требования.

Расширенная логика, такая как логика положительной эмиттерной пары (PECL), низковольтная PECL (LVPECL) и логика режима тока (CML), упоминается, но не рассматривается подробно.Эти примеры представляют собой высокоскоростные интерфейсы, и для них важен низкий уровень шума. Дизайнеры должны знать, как избежать этих проблем из-за колебаний сигнала.

При проектировании источника питания стоимость и производительность часто идут рука об руку, поэтому разработчик должен тщательно продумать логические уровни и требования к чистой энергии. Благодаря надежности конструкции и доступному запасу прочности в отношении допусков и шума можно также избежать производственных проблем.

Проектировщик должен знать о компромиссах, связанных с конструкцией источника питания: что достижимо, а что нет.что приемлемо. Если конструкция не обеспечивает требуемых характеристик, проектировщик должен изучить варианты и стоимость, чтобы привести ее в соответствие со спецификацией. Например, многорельсовое устройство, такое как ADP5054, может обеспечить требуемые преимущества в производительности, оставаясь при этом рентабельным.

A Пример типовой конструкции

Начнем с примера дизайна. На рисунке 1 показана блок-схема платы, которая принимает входящие 12 В и 3,3 В в качестве основного источника питания. Основные источники питания должны быть понижены до 5 В, 2.5 В, 1,8 В и, возможно, 3,3 В для приложений на печатной плате. Если внешнее напряжение 3,3 В может обеспечить достаточную мощность и достаточно низкий уровень шума, то входная шина 3,3 В может использоваться без дополнительного регулирования, чтобы избежать дополнительных затрат. Если нет, входящую шину 12 В можно использовать для обеспечения достаточной мощности, снизив ее до 3,3 В, необходимых для приложений на печатной плате.

Рис. 1. Обзор платы приложений, требующей решения с несколькими рельсовыми рельсами.

Обзор логического интерфейса

Для печатных плат обычно используется несколько источников питания.ИС может работать только с напряжением 5 В; или может потребоваться несколько источников питания, которые используют 5 В и 3,3 В для интерфейса ввода / вывода, 2,5 В для внутренней логики и 1,8 В для спящего режима с низким энергопотреблением. Режим низкого энергопотребления может быть всегда включен, использоваться для логики, такой как функции таймера, служебной логики, или для режима пробуждения при прерываниях или вывода IRQ для включения и питания IC, то есть 5 В, 3,3 В и Источники питания 2,5 В. Некоторые или все эти логические интерфейсы часто используются внутри ИС.

Стандартные уровни логического интерфейса на рисунке 2 показывают различные пороговые логические уровни TTL и CMOS и их допустимые логические определения входного и выходного напряжения.В этой статье нас интересует, когда на входной логике устанавливается низкий уровень, что обозначается низким входным напряжением (V IL ), и когда устанавливается высокий уровень, что обозначается высоким логическим уровнем входа (V IH ). В частности, мы сосредотачиваемся на V IH , области пороговой неопределенности, отмеченной «Избегать» на рисунке 2.

Во всех случаях необходимо учитывать допуск источника питания ± 10%. Аналогичным образом, на Рисунке 3 показаны высокоскоростные дифференциальные сигналы. В рамках данной статьи мы сосредоточимся на стандартных логических уровнях, показанных на рисунке 2.

Рисунок 2. Уровни стандартного логического интерфейса.

Шум переключения

При отсутствии хорошей фильтрации понижающие или повышающие блоки питания импульсного регулятора могут создавать коммутационный шум от десятков милливольт до сотен милливольт с возможными выбросами от 400 мВ до 600 мВ. Важно знать, является ли шум переключения проблемой для действующих логических уровней и интерфейса.

Запас прочности

Чтобы обеспечить надлежащий запас прочности для надежного блока питания, эмпирическое правило проектирования состоит в том, чтобы работать с наихудшим сценарием с допуском –10%.Например, для 5 В TTL V IL 0,8 В становится 0,72 В, а 1,8 В CMOS V IL 0,63 В становится 0,57 В, и пороговое напряжение (V TH ) соответственно понижается (5 В TTL V TH = 1,35 В и 1,8 В CMOS V TH = 0,81 В). Шум переключения (V NS ) может составлять от десятков мВ до сотен мВ. Кроме того, сама логическая схема имеет сигнальный шум (V N ), то есть помехи. Суммарное вносимое шумовое напряжение, V TN = V N + V NS , может находиться в диапазоне от 100 мВ до 800 мВ.Когда V TN добавляется к номинальному сигналу для создания общего напряжения сигнала (V TSIG ): фактический общий сигнал, V TSIG = V SIG + V TN , влияет на пороговое напряжение (V TH ), дополнительно расширяющее область избегания. Уровни сигналов, действующих в области V TH , являются неопределенными, и логическая схема может произвольно переключаться в любую сторону; например, в наихудшем сценарии возникает ложно сработавшая логика 1 вместо логики 0.

Рисунок 3. Уровни высокоскоростного дифференциального логического интерфейса.

Предостережения и советы для Multirail PSU

Понимая пороговые уровни как на входе интерфейса, так и во внутренней логике внутри ИС, мы теперь знаем, какой уровень может вызвать истинный логический уровень или (непреднамеренно) ложный логический уровень. Возникает вопрос: насколько тихим должно быть энергоснабжение, чтобы соответствовать этим пороговым значениям? Линейные регуляторы с низким падением напряжения работают очень тихо, но не всегда эффективны при высоких передаточных числах. Импульсные регуляторы могут эффективно понижать напряжение, но при этом производят некоторый шум.Эффективная и бесшумная система питания, вероятно, должна содержать комбинацию этих двух типов источников питания. В этой статье рассматриваются различные комбинации, в том числе гибридные методы, в которых стабилизатор LDO используется после импульсного регулятора.

Подход, который максимизирует эффективность и минимизирует шум (там, где это необходимо)

1, 2

Из примера конструкции на рис. 1, чтобы максимизировать эффективность и минимизировать коммутационный шум для регулирования 5 В, отключите линию 12 В и используйте понижающие стабилизаторы, такие как ADP2386.Исходя из стандартных уровней логического интерфейса - 5 В TTL V IL и 5 В CMOS V IL составляют 0,8 В и 1,5 В соответственно - у нас есть допустимый запас только для импульсных регуляторов. Для этих шин эффективность максимизируется за счет использования понижающей топологии, в то время как шум переключения остается ниже V IL в технологии 5 В (TTL и CMOS). При использовании понижающего регулятора, такого как конфигурация ADP2386, показанная на рисунке 4a, КПД может достигать 95%, как показано на типовой схеме ADP2386 и графике КПД (см. Рисунок 4b).Если бы для этой конструкции использовался относительно тихий стабилизатор LDO, падение 7 В с V IN на V OUT привело бы к значительному внутреннему рассеиванию мощности в виде тепла и потери эффективности. Для прочной конструкции с небольшими дополнительными затратами наличие стабилизатора LDO после понижающего стабилизатора для выработки 5 В является дополнительным преимуществом.

Рис. 4. Типовая схема ADP2386 (а) и график эффективности (б). Рисунок 5. Типичное приложение ADP125.

Модель V IL для 2 человек.5 В и 1,8 В CMOS составляют 0,7 В и 0,63 В соответственно. К сожалению, запаса прочности для этого логического уровня недостаточно, чтобы избежать шума переключения. Для решения этой проблемы доступны два варианта. Первый вариант заключается в том, что если входящий внешний источник питания 3,3 В, как показано на рисунке 1, имеет достаточную мощность и очень низкий уровень шума, то отключите это внешнее напряжение 3,3 В и используйте линейный стабилизатор (стабилизатор LDO), такой как ADP125 (рисунок 5 ) или ADP1740 для питания 2,5 В и 1,8 В. Обратите внимание, что есть 1.Падение на 5 В с 3,3 В до 1,8 В. Если это падение вызывает беспокойство, можно использовать гибридный метод. Второй вариант заключается в том, что если внешнее напряжение 3,3 В не является малошумным или не имеет достаточной мощности, отключите источник питания 12 В с помощью понижающего преобразователя, за которым следует стабилизатор LDO, чтобы получить 3,3 В, 2,5 В и источники питания 1,8 В; гибридный метод показан на рисунке 6.

Установка регулятора LDO немного увеличивает стоимость и площадь платы, а также немного увеличивает рассеивание тепла, но эти компромиссы необходимы для достижения запаса прочности.При использовании стабилизаторов LDO наблюдается небольшое снижение эффективности, но его можно минимизировать, сохраняя небольшое падение напряжения от V IN до V OUT : 0,8 В от 3,3 В до 2,5 В или 1,5 В от 3,3 В до 1,8 В. Эффективность и переходные характеристики могут быть максимизированы с помощью регуляторов с функцией VIOC, которая регулирует выходной сигнал импульсного стабилизатора на входе для поддержания оптимального падения напряжения на стабилизаторе LDO. Примеры функций VIOC включают LT3045, LT3042 и LT3070-1.

LT3070-1 - это малошумящий линейный стабилизатор с программируемым выходом на 5 А и малым падением напряжения 85 мВ. Если необходимо использовать стабилизатор LDO, то рассеяние тепла является проблемой, где рассеиваемая мощность = V DROP × I. Например, LT3070-1 поддерживает 3 А, типичное значение падения мощности на регуляторе (или мощности рассеиваемая мощность) составляет 3 А × 85 мВ = 255 мВт. По сравнению с некоторыми типичными стабилизаторами LDO с падением напряжения 400 мВ при том же выходном токе 3 А потребляемая мощность составляет 1.2 Вт - почти в пять раз больше, чем у LT3070-1.

В качестве альтернативы, используя гибридный метод, мы можем обменять затраты на эффективность. Эффективность и производительность оптимизированы на рисунке 6, где мы сначала используем понижающий стабилизатор (ADP2386), чтобы максимально увеличить эффективность, путем регулирования его до минимально допустимого напряжения, а затем - стабилизатора LDO (ADP1740).

Рисунок 6. Гибридная топология с использованием комбинации ADP2386 и ADP1740.

1 В этом упражнении дается общий пример проектирования, демонстрирующий некоторую топологию и методы.Однако не следует забывать принимать во внимание другие факторы, такие как I MAX , стоимость, упаковка, падение напряжения и т. Д.

2 Также доступны варианты понижающего и повышающего стабилизаторов с низким уровнем шума, такие как регуляторы Silent Switcher ® , которые имеют очень низкий уровень шума и низкие электромагнитные помехи. Например, LT8650S и LTC3310S могут быть экономичными с точки зрения производительности, корпуса, занимаемой площади и площади компоновки.

Компромисс между корпусом, мощностью, стоимостью, эффективностью и производительностью

Промышленные печатные платы часто требуют компактных многорельсовых источников питания, обеспечивающих высокую мощность, высокую эффективность, максимальную производительность и низкий уровень шума.Например, четырехканальный понижающий стабилизатор ADP5054 предлагает одночиповое многополюсное решение с высокой мощностью (17 А) для таких приложений, как ПЛИС, как показано на рисунке 7. Площадь, необходимая для полного блока питания, составляет примерно 41 мм. × 20 мм. Площадь основания ADP5054 составляет всего 7 мм × 7 мм, чтобы обеспечить общий ток 17 А. Для очень высоких уровней мощности в ограниченном пространстве рассмотрите стабилизаторы µModule ® от ADI, такие как LTM4700, которые могут выдавать до 100 А при размере корпуса 15 мм × 22 мм.

Рис. 7. Однокристальное многополюсное решение ADP5054 для приложений FPGA. Рисунок 8. Схема ADP5054.

В части 2

Во второй части этой серии статей мы рассмотрим, как каскадная стратегия применяется на уровне платы, включая выбор правильных микросхем с учетом бюджета мощности и компоновки платы, а также советы и рекомендации.

Рекомендации

AD8045 Открытое соединение лопастей.Analog Devices, Inc., январь 2011 г.

Заголовок Pin. Digi-Key Electronics.

Knoth, Стив. «Обеспечьте чистую мощность с помощью стабилизаторов LDO со сверхнизким уровнем шума». Analog Devices, Inc., сентябрь 2018 г.

Куек, Кристиан. «Примечание по применению 139: Схема источника питания и электромагнитные помехи». Линейные технологии, октябрь 2012 г.

«Учебное пособие по MT-093: основы теплового расчета». Analog Devices, Inc., 2009.

.

Радосевич, Энди. «Двойной линейный регулятор мощности для цифровых ИС позволяет оперативно регулировать выходную мощность и динамическую оптимизацию запаса по мощности.Analog Devices, Inc., апрель 2020 г.

Чжан, Генри Дж. «Рекомендации по применению № 136: Рекомендации по компоновке печатной платы для неизолированных импульсных источников питания». Linear Technology, июнь 2012 г.

Некоторые основные принципы выбора источника питания постоянного тока

Есть старая поговорка: «Используйте правильный инструмент для работы!» Но иногда для работы существует несколько «правильных инструментов», так как же узнать, какой из них использовать? Чтобы правильно выбрать источник питания, необходимо понять некоторые важные основы.

Номинальное напряжение

Если устройство сообщает, что ему требуется определенное напряжение, то вы должны предположить, что ему необходимо это напряжение. И ниже, и выше могло быть плохо.

В лучшем случае при более низком напряжении устройство явно не будет работать правильно. Однако может показаться, что некоторые устройства работают правильно, а затем при определенных обстоятельствах неожиданно выходят из строя. Когда вы нарушаете требуемые спецификации, вы не знаете, что может случиться. Некоторые устройства могут даже выйти из строя из-за слишком низкого напряжения в течение длительного периода времени.Например, если у устройства есть двигатель, он может не развивать достаточный крутящий момент, чтобы вращаться, поэтому он просто нагревается. Некоторые устройства могут потреблять больше тока, чтобы компенсировать более низкое напряжение, но более высокий, чем предполагалось, ток может что-то повредить. В большинстве случаев более низкое напряжение просто приведет к тому, что устройство не будет работать, но нельзя исключить возможность повреждения, если вы не знаете что-то об устройстве.

Напряжение выше указанного - это определенно плохо. Все электрические компоненты имеют напряжение, выше которого они выходят из строя.Компоненты, рассчитанные на более высокое напряжение, обычно стоят больше или имеют менее желательные характеристики, поэтому выбор правильного допуска напряжения для компонентов в устройстве, вероятно, привлек значительное внимание при разработке. Приложение слишком большого напряжения нарушает проектные предположения. Некоторый уровень слишком большого напряжения может что-то повредить, но вы не знаете, где находится этот уровень. Относитесь серьезно к тому, что написано на паспортной табличке устройства, и не подавайте на него большее напряжение.

Текущий рейтинг

Ток немного другой.Источник постоянного напряжения не определяет ток: его определяет нагрузка, которой в данном случае является устройство. Если Джонни хочет съесть два яблока, он съест только два, независимо от того, положите ли вы на стол 2, 3, 5 или 20 яблок. Устройство, которому требуется ток 2 А, работает точно так же. Он потребляет 2 А, независимо от того, может ли источник питания обеспечивать только 2 А, или он мог бы обеспечивать 3, 5 или 20 А. Номинальный ток источника - это то, что он может доставить, а не то, что он всегда будет заставлять загрузить как-нибудь.В этом смысле, в отличие от напряжения, номинальный ток источника питания должен быть не меньше того, что требуется устройству, но нет никакого вреда в том, что он выше. Например, источник питания 9 В на 5 А представляет собой надстройку источника питания 9 В на 2 А.

Замена существующей поставки

Если вы заменяете предыдущий блок питания и не знаете требований к устройству, считайте, что мощность этого блока питания соответствует требованиям устройства. Например, если устройство без маркировки питалось от источника питания 9 В и 1 А, вы можете заменить его источником питания 9 В и 1 или более ампер.


Продвинутые концепции

Выше приведены основные сведения о том, как выбрать блок питания для какого-либо устройства. В большинстве случаев это все, что вам нужно знать, чтобы пойти в магазин или онлайн и купить блок питания. Если вы все еще не уверены в том, что такое напряжение и сила тока, вероятно, лучше прекратить работу сейчас. В этом разделе более подробно рассматриваются источники питания, которые обычно не имеют значения на уровне потребителя, и предполагается некоторое базовое понимание электроники.

Нерегулируемый

Очень простые источники питания постоянного тока, называемые нерегулируемыми, просто уменьшают входной переменный ток (обычно требуемый постоянный ток имеет гораздо более низкое напряжение, чем настенная розетка, к которой вы подключаете источник), выпрямляйте его для получения постоянного тока, добавляйте выходной конденсатор к уменьшить пульсацию, и прекратить это.Много лет назад многие блоки питания были такими. Они были не более чем трансформатором, четырьмя диодами, составляющими двухполупериодный мост (измеряющим абсолютное значение напряжения электронным способом), и крышкой фильтра. В источниках питания такого типа выходное напряжение определяется соотношением витков трансформатора. Это фиксировано, поэтому вместо фиксированного выходного напряжения их выход в основном пропорционален входному напряжению переменного тока. Например, такой источник постоянного тока «12 В» может составлять 12 В при 110 В переменного тока на входе, но тогда будет более 13 В при 120 В переменного тока на входе.

Другая проблема с нерегулируемыми источниками питания заключается в том, что выходное напряжение не только зависит от входного напряжения, но также будет колебаться в зависимости от того, какой ток потребляется от источника питания. Нерегулируемый источник питания «12 вольт 1 ампер», вероятно, предназначен для обеспечения номинального напряжения 12 В при полном выходном токе и самого низкого допустимого входного напряжения переменного тока, например 110 В. Оно может быть более 13 В при 110 В на входе без нагрузки (0 ампер out) в одиночку, а затем еще выше при более высоком входном напряжении. Такой источник питания мог легко выдать, например, 15 В при определенных условиях.Устройства, которым требовалось «12 В», были разработаны, чтобы справиться с этим, так что это было нормально.

Регулируемый

Современные блоки питания больше не работают. Практически все, что вы можете купить, поскольку бытовая электроника будет регулируемым источником питания. Вы по-прежнему можете получать нерегулируемые расходные материалы от более специализированных поставщиков электроники, нацеленных на производителей, профессионалов или, по крайней мере, любителей, которые должны знать разницу.

Стабилизированный источник питания активно управляет своим выходным напряжением.Они содержат дополнительные схемы, которые могут повышать и понижать выходное напряжение. Это делается постоянно, чтобы компенсировать колебания входного напряжения и изменения тока, потребляемого нагрузкой. Например, стабилизированный источник питания на 1 А и 12 В будет выдавать довольно близкое к 12 В во всем диапазоне входного переменного напряжения и до тех пор, пока вы не потребляете от него более 1 А.


Поскольку в блоке питания есть схема, выдерживающая некоторые колебания входного напряжения, не намного сложнее сделать допустимый диапазон входного напряжения шире и охватить любую допустимую настенную розетку в любой точке мира.Все больше и больше материалов производится таким образом, и они называются универсальным вводом. Обычно это означает, что они могут работать от 90–240 В переменного тока, а это может быть 50 или 60 Гц.

Выбор входной мощности USB, LAN и 100 ~ 230 В переменного тока

Некоторые источники питания, как правило, старые коммутаторы, имеют минимальные требования к нагрузке. Обычно это 10% от полного номинального выходного тока. Например, источник питания 12 В на 2 А с минимальной нагрузкой 10% не гарантирует правильную работу, если вы не загрузите его как минимум на 200 мА.Это ограничение вы найдете только в OEM-моделях, то есть источник питания разработан и продается для встраивания в чужое оборудование, где соответствующий инженер внимательно рассмотрит эту проблему. Я не буду вдаваться в подробности, так как это не касается потребительских источников питания.


  • Постоянный ток и постоянное напряжение

Все расходные материалы имеют определенный максимальный ток, который они могут обеспечить, и при этом соответствуют остальным спецификациям.Для источника питания «12 вольт 1 ампер» это означает, что все в порядке, если вы не пытаетесь потреблять больше номинального тока 1 А.

Блок питания может предпринять различные действия, если вы попытаетесь превысить номинальный ток 1 А. Это могло просто пережечь предохранитель. Однако в настоящее время наиболее вероятной реакцией является то, что источник питания снизит свое выходное напряжение до необходимого уровня, чтобы не превысить выходной ток. Это называется «CC» или режим постоянного тока и является стандартным для всех источников питания GPS.

Обычно они связаны со светодиодом или каким-либо индикатором, как вы предлагаете.Когда вы используете блок питания, вы обычно устанавливаете желаемое напряжение и максимальный ток. При подключении нагрузки могут произойти две вещи:

  • Нагрузке требуется больше тока, чем установленный вами максимум
  • Нагрузке требуется максимум установленный вами максимальный ток

В первом случае источником тока становится блок питания: ток ограничивается заданным вами значением и соответственно падает напряжение, что для вас является CC. Во втором случае то, что является сопутствующим, - это напряжение, то есть CV.

В качестве примера рассмотрим следующий случай: вы устанавливаете напряжение 10 В и максимальный ток 1 А, затем подключаете нагрузку с сопротивлением более 10 Ом. Как вы знаете, для этого требуется не более 1 А, поэтому напряжение постоянно, а ток может варьироваться от 0 до 1 А. Если вы затем подключите нагрузку с более низким импедансом, потребуется более высокий ток, но теперь срабатывает защита по току, поэтому ток ограничен до 1 А, и он постоянный, а напряжение варьируется от 10 В до 0 В.

Устройство, которое пытается потреблять чрезмерный ток, вероятно, не будет работать правильно, но все должно оставаться в безопасности, не загораться и хорошо восстанавливаться после снятия чрезмерной нагрузки.Все блоки питания GPS Ltd. имеют CC-операции, что означает, что то, что есть во многих источниках питания

для лабораторных и промышленных систем

Преимущество источника питания CV / CC заключается в том, что он может использоваться как источник напряжения или источника тока, обеспечивая приемлемую производительность в любом режиме.

Для сравнения: источники питания с ограничением постоянного напряжения / тока (CV / CL) предназначены для использования только в качестве источника напряжения, обеспечивая при этом защиту от перегрузки по току для DUT, а также защиту самого источника питания.


Ни один источник питания, даже регулируемый, не может поддерживать выходное напряжение в точности на номинальном уровне. Обычно из-за того, как работает источник питания, может быть некоторая частота, при которой выходной сигнал немного колеблется или колеблется. При нерегулируемых источниках питания пульсации напрямую зависят от входного переменного тока. Нерегулируемые источники питания базового трансформатора, питаемые от переменного тока 60 Гц, обычно будут пульсировать, например, на частоте 120 Гц. Колебание нерегулируемых поставок может быть довольно большим. Если снова злоупотребить примером 12 вольт 1 ампер, пульсации могут легко составить 1-2 вольта при полной нагрузке (выходной ток 1 A).Регулируемые источники питания обычно представляют собой переключатели и, следовательно, имеют пульсации на частоте переключения. Например, регулируемый переключатель 12 В и 1 А может давать пульсации ± 50 мВ при 250 кГц. Максимальная пульсация может быть не при максимальном выходном токе.


Ну вот! Это всего лишь некоторые основные концепции и основные положения о том, как блоки питания развивались на протяжении многих лет. Если вам потребуется дополнительная информация, не стесняйтесь обращаться к нам.

Общий источник питания

- обзор

5.2.2 Отказ по общей причине (CCF)

В то время как простые модели избыточности предполагают, что отказы являются как случайными, так и независимыми, моделирование отказов по общей причине (CCF) учитывает отказы, которые связаны между собой из-за некоторой зависимости и поэтому происходят одновременно или по крайней мере, в пределах достаточно короткого интервала, чтобы восприниматься как одновременное.

Два примера:

(a)

Наличие водяного пара в газе, вызывающее заклинивание двух клапанов из-за обледенения.В этом случае интервал между двумя отказами может составлять порядка дней. Однако, если интервал между контрольными испытаниями для этого неактивного отказа составляет два месяца, то два отказа будут, по сути, одновременными.

(b)

Выпрямительные диоды несоответствующего номинала на идентичных сдвоенных печатных платах выходят из строя одновременно из-за переходного процесса напряжения.

Обычно причины возникают из:

(a)

Требования: неполные или противоречивые

(b)

Конструкция: общие источники питания, программное обеспечение, ЭМС, шум

(c)

Производство: недостатки компонентов, связанные с партиями

(d)

Техническое обслуживание / эксплуатация: проблемы, связанные с деятельностью человека или испытательным оборудованием

(e)

Окружающая среда: температурные циклы, электрические помехи и т. Д.

Защита от CCF включает в себя конструктивные и эксплуатационные особенности, которые формируют критерии оценки, приведенные в Приложении 3.

CCF часто доминируют в ненадежности резервных систем в силу подавления функции случайного совпадающего отказа резервной защиты. Рассмотрим дублированную систему на рисунке 5.2. Интенсивность отказов резервного элемента (другими словами, совпадающие отказы) можно рассчитать по формуле, приведенной в таблице 5.1, а именно 2λ 2 MDT.Типичные показатели частоты отказов 10 на миллион часов (10 −5 на час) и время простоя 24 часа приводят к частоте отказов 2 × 10 −10 × 24 = 0,0048 на миллион часов. Однако, если только один отказ из 20 имеет такую ​​природу, что влияет на оба канала и, таким образом, нарушает избыточность, необходимо добавить последовательный элемент, показанный как λ 2 на рисунке 5.3, частота отказов которого составляет 5% × 10 −5 = 0,5 на миллион часов, что на два порядка чаще. 5%, используемые в этом примере, известны как коэффициент БЕТА.Эффект состоит в том, чтобы заглушить избыточную часть прогноза, и поэтому важно включить CCF в модели надежности. Эта чувствительность отказа системы к CCF делает акцент на достоверности оценки CCF и, таким образом, оправдывает усилия по улучшению моделей.

Рисунок 5.3. Блок-схема надежности, показывающая CCF.

На рисунке 5.3 (λ 1 ) - это частота отказов одного резервного блока, а (λ 2 ) - это частота CCF, такая, что (λ 2 ) = β (λ 1 ) для Модель BETA, которая предполагает, что фиксированная доля отказов возникает по общей причине.Вклад в BETA разделен на группы по конструктивным и эксплуатационным характеристикам, которые, как считается, влияют на степень CCF. Таким образом, множитель БЕТА складывается путем сложения вкладов каждого из ряда факторов в каждой группе. Эта модель частичного бета-тестирования (как она поэтому известна) включает следующие группы факторов, которые представляют защиту от CCF:

-

Сходство (Разнесение между резервными модулями снижает CCF)

-

Разделение (физическое расстояние и барьеры уменьшают CCF)

-

Сложность (более простое оборудование менее подвержено CCF)

-

Анализ (FMEA и анализ полевых данных помогут снизить CCF)

-

Процедуры (контроль модификаций и технического обслуживания может снизить CCF)

-

Обучение (разработчики и специалисты по обслуживанию могут помочь уменьшить CCF, понимая основные причины)

-

Контроль (контроль окружающей среды может снизить восприимчивость к CCF, e.g., защита дублированных инструментов от атмосферных воздействий)

-

Испытания (Экологические испытания могут удалить особенности конструкции, подверженные CCF, например, испытание на электромагнитное излучение)

Предполагается, что модель Partial BETA состоит из количество частичных βs, каждое из которых обусловлено различными группами причин CCF. Затем β оценивается путем анализа и оценки каждого из факторов (например, разнообразия, разделения).

Модель BETAPLUS была разработана на основе метода частичной бета-версии, потому что:

-

Она объективна и обеспечивает максимальную прослеживаемость при оценке BETA.Другими словами, выбор результатов контрольного списка при оценке дизайна может быть записан и пересмотрен.

-

Любой пользователь модели может разработать контрольные списки для дальнейшего учета любых значимых причинных факторов отказа, которые могут быть восприняты.

-

Можно откалибровать модель по фактической частоте отказов, хотя и с очень ограниченными данными.

-

Существует достоверная взаимосвязь между контрольными списками и анализируемыми функциями системы.Таким образом, этот метод, вероятно, будет приемлемым для неспециалистов.

-

Метод аддитивной оценки позволяет отдельно взвешивать частичные составляющие β.

-

Метод β подтверждает прямую связь между (λ 2 ) и (λ 1 ), как показано на рисунке 5.3.

-

Он допускает предполагаемую «нелинейность» между значением β и оценкой в ​​диапазоне β.

Модель BETAPLUS включает следующие усовершенствования:

(a) Категории факторов

Принимая во внимание, что существующие методы полагаются на единственное субъективное суждение о количестве баллов в каждой категории, метод BETAPLUS предоставляет ответы на конкретные вопросы, связанные с дизайном и эксплуатацией. в каждой категории.

(b) Подсчет баллов

Максимальный балл по каждому вопросу был взвешен путем калибровки результатов оценок с известными полевыми оперативными данными.

(c) Учет охвата диагностикой

Поскольку CCF не является одновременным, увеличение частоты автотестов или контрольных проверок снизит β, поскольку отказы могут произойти не в один и тот же момент.

(d) Разделение контрольных списков в соответствии с эффектом диагностики

Два столбца используются для оценок контрольного списка. Столбец (A) содержит баллы для тех характеристик защиты от CCF, которые воспринимаются как улучшенные за счет увеличения частоты диагностики.Столбец (B), однако, содержит баллы для тех функций, которые, как считается, не улучшаются за счет повышения частоты диагностики. В некоторых случаях оценка была разделена между двумя столбцами, где считается, что затронуты некоторые, но не все аспекты функции (см. Приложение 3).

(e) Создание модели

Модель позволяет изменять оценку в зависимости от частоты и охвата диагностического теста. Баллы в столбце (A) изменяются путем умножения на коэффициент (C), полученный из соображений, связанных с диагностикой.Этот балл (C) основан на частоте диагностики и охвате. (C) находится в диапазоне 1–3. Коэффициент «S», используемый для получения BETA, затем оценивается из RAW SCORE:

S = RAWSCORE = (∑A × C) + ∑B

(f) Нелинейность

В настоящее время нет данных CCF для обоснования отступая от предположения, что по мере уменьшения (т. е. улучшения) БЕТА последовательных улучшений становится пропорционально труднее достичь. Таким образом, предполагается, что отношение коэффициента BETA к RAW SCORE [(ΣA × C) + ΣB] является экспоненциальным, и эта нелинейность отражается в уравнении, которое переводит исходную оценку в коэффициент BETA.

(g) Тип оборудования

Оценка была разработана отдельно для программируемого и непрограммируемого оборудования, чтобы отразить несколько разные критерии, применимые к каждому типу оборудования.

(h) Калибровка

Модель откалибрована по полевым данным.

Критерии оценки были разработаны для охвата каждой из категорий (т.е. разделение, разнообразие, сложность, оценка, процедуры, компетентность, экологический контроль и экологический тест).Вопросы были собраны так, чтобы отразить вероятные особенности, защищающие от CCF. Затем оценки были скорректированы с учетом относительного вклада в CCF в каждой области, как показано в данных автора. Значения оценок были взвешены для калибровки модели по данным.

При ответе на каждый вопрос (в Приложении 3) может быть выставлен балл меньше максимального 100%. Например, в первом вопросе, если суждение таково, что только 50% кабелей разделены, тогда 50% максимальных баллов (15 и 52) могут быть введены в каждый из столбцов (A) и (B) (7). .5 и 26).

Контрольные списки представлены в двух формах (перечислены в Приложении 3), потому что вопросы, применимые к программируемому оборудованию, будут немного отличаться от вопросов, необходимых для непрограммируемых элементов (например, полевых устройств и контрольно-измерительных приборов).

Заголовки (расширенные баллами в Приложении 3):

(1)

Разделение / сегрегация

(2)

Разнообразие

(3) 9452 Сложность / Дизайн / Применение / Зрелость / Опыт

(4)

Оценка / анализ и обратная связь данных

(5)

Процедуры / человеческий интерфейс

(6)

Компетентность / Обучение / Культура безопасности

(7)

Контроль окружающей среды

(8)

Экологические испытания

Оценка фактора диагностического интервала (C)

Чтобы установить оценку (C), необходимо учитывать влияние частоты диагностики.Охват диагностикой, выраженный в процентах, представляет собой оценку доли отказов, которые будут обнаружены контрольным или автоматическим тестом. Это можно оценить путем суждения или, более формально, путем применения FMEA на уровне компонентов, чтобы решить, будет ли каждый отказ обнаружен диагностикой.

Экспоненциальная модель используется для отражения возрастающих трудностей в дальнейшем сокращении БЕТА по мере увеличения оценки. Это отражено в следующем уравнении, которое разработано в Smith D J, 2000, «Развитие использования данных о частоте отказов»:

ß = 0.3exp (−3,4S / 2624)

Однако базовая модель BETA применяется к простому резервированию «один из двух». Другими словами, с парой избыточных элементов «главным событием» является отказ обоих элементов. Однако по мере увеличения числа систем, за которые проголосовали (другими словами, N> 2), доля отказов по общей причине меняется, и значение β необходимо изменять. Причину этого можно понять, рассмотрев два крайних случая:

1 из 6

В этом случае для работы требуется только один из шести элементов, и можно допустить до пяти сбоев.Таким образом, в случае отказа по общей причине необходимо, чтобы еще пять отказов были спровоцированы общей причиной. Это менее вероятно, чем случай «один из двух», и β будет меньше (см. Таблицы ниже).

5 из 6.

В этом случае для работы требуются пять из шести элементов, и можно допустить только один отказ. Таким образом, в случае отказа по общей причине есть пять элементов, к которым могут относиться отказы по общей причине. Это более вероятно, чем случай «один из двух», и β будет больше (см. Таблицы ниже).

Эта область вызывает много споров. Эмпирических данных нет, и модели являются предметом предположений, основанных на мнениях различных авторов. Между различными предложениями нет большого соответствия. Таким образом, это очень противоречивая и неопределенная область. Первоначальные предложения были взяты из статьи SINTEF (в 2006 г.), которые были факторами MooN, которые изначально использовались в пакете Technis BETAPLUS версии 3.0. Документ SINTEF был пересмотрен (в 2010 г.) и снова в 2013 г. Рекомендации IEC 61508 (2010 г.) аналогичны, но не идентичны (Таблица 5.10). Значения SINTEF (2013) показаны в Таблице 5.11. Компромисс BETAPLUS (теперь версия 4.0) показан в Приложении 3.

Таблица 5.10. Коэффициент BETA (MooN) IEC 61508.

M = 1 M = 2 M = 3 M = 4
N = 2 1
N = 3 0,5 1,5
N = 4 0,3 0.6 1,75
N = 5 0,2 0,4 ​​ 0,8 2

Таблица 5.11. Фактор BETA (MooN) SINTEF (2013).

N = 3 907 0,5 907 907 907
M = 1 M = 2 M = 3 M = 4
N = 2 1
2
N = 4 0.3 1,1 2,8
N = 5 0,2 0,8 1,6 3,6

СИСТЕМЫ И СПОСОБЫ ПЕРЕДАЧИ ТРАНСФОРМАЦИИ 1

Коммуникационным системам требуются уровни мощности для правильного предоставления данных для передачи. Один уровень мощности - это пиковая или максимальная мощность. Обычно понимается, что важна энергоэффективность при пиковой мощности. Однако более новые и продвинутые устройства используют другие уровни мощности ниже пиковой.Эффективность при пиковой мощности важна, однако также важна эффективность на других уровнях.

Как правило, системы связи используют определенную технологию для обмена информацией. В первом устройстве передатчик использует конкретную технологию для генерации и передачи сигнала связи. На втором устройстве приемник использует определенную технологию для приема сигнала связи.

Одним из способов обеспечения требуемых уровней мощности является использование комбинирования трансформаторов.Здесь несколько обмоток трансформатора используются для объединения мощности от нескольких усилителей мощности для получения пиковой мощности. Однако эти методы проблематичны при обеспечении эффективной мощности на других уровнях мощности.

Таким образом, существует постоянная потребность в обеспечении эффективной мощности на нескольких уровнях мощности для систем связи.

РИС. 1 - упрощенная блок-схема, иллюстрирующая систему объединения мощности.

РИС. 2 - схема, иллюстрирующая систему суммирования мощности, работающую на пиковой мощности.

РИС. 3 - диаграмма, иллюстрирующая систему объединения мощности, работающую на резервной мощности.

РИС. 4 - схема, иллюстрирующая систему суммирования мощности, в которой усилители включают в себя несколько усилителей с переключаемым режимом.

РИС. 5 - схема, иллюстрирующая систему суммирования мощности, имеющую коэффициент суммирования 2: 1 и работающую на пиковой мощности.

РИС. 6 - схема, иллюстрирующая систему объединения мощности, имеющую коэффициент объединения 2: 1 и работающую с пониженной мощностью.

РИС.7 - блок-схема, иллюстрирующая способ объединения мощности.

Системы и способы этого раскрытия описаны со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых одинаковые ссылочные позиции используются для обозначения одинаковых элементов повсюду, и в которых проиллюстрированные конструкции и устройства не обязательно нарисованы в масштабе.

РИС. 1 представляет собой упрощенную блок-схему, иллюстрирующую систему объединения мощности , 100, . Система , 100, объединяет мощность при комбинированном соотношении и обеспечивает мощность с повышенной эффективностью на уровнях мощности, включая, но не ограничиваясь, пиковую мощность и резервную мощность.Система 100 предоставляется в упрощенном формате для облегчения понимания.

Система 100 включает в себя компонент выбора режима , 102, , ответвления , 104, и вторичную обмотку , 106, . Система , 100, сконфигурирована так, чтобы иметь коэффициент объединения, который указывает коэффициенты объединения трансформаторов. Некоторые примеры подходящих соотношений комбинирования включают, например, 2: 1, 4: 1 и т.п. Компонент выбора режима , 102, сконфигурирован для выбора и / или управления уровнями мощности путем отправки и / или использования сигналов , 108, в ветви , 104, .Компонент выбора режима , 102, также может быть сконфигурирован для управления другими аспектами системы, включая, например, мониторинг выходной мощности , 112, , определение выбранного уровня мощности, прием ввода для выбора уровня мощности и т.п.

Ветви 104 сконфигурированы для подачи питания 110 на вторичную обмотку 906 . Вторичная обмотка , 106, сконфигурирована для объединения мощности , 110, в выходную мощность , 112, в соответствии с коэффициентом объединения, который описан выше.Ветви , 104, обычно включают в себя дифференциальную пару инверторов / усилителей, один или несколько источников питания и катушку индуктивности для передачи выходной мощности ветви. Выходная мощность ветвей , 104, вместе называется мощностью ветвей , 110, .

Ветви 104 сконфигурированы так, чтобы все усилители были включены или находятся во включенном состоянии для пиковой мощности и наполовину включены и наполовину выключены для резервной мощности. Понятно, что предусмотрены другие уровни выходной мощности.Таким образом, для резервной мощности каждая ветвь имеет по крайней мере один включенный инвертор / усилитель. Во включенном состоянии усилители выдают переменное напряжение. В одном примере усилитель во включенном состоянии обеспечивает установленную мощность. В другом примере усилитель во включенном состоянии обеспечивает настраиваемое количество мощности от полной мощности до одного или нескольких уровней ниже полной мощности.

Усилители в выключенном состоянии обеспечивают соединение с землей или землей по переменному току. Напротив, другие традиционные подходы используют конфигурации, в которых усилители для всей ветви выключаются для более низких уровней мощности, таких как резервная мощность.Это приводит к нежелательному энергопотреблению и снижает энергоэффективность. Кроме того, другие подходы не обеспечивают подключение к заземлению переменного тока.

Как указано выше, вторичная обмотка , 106, сконфигурирована для объединения мощности ветвей , 110, и выходной мощности , 112, . Вторичная обмотка , 106, включает в себя множество катушек индуктивности, обычно по одной катушке для каждой из ветвей , 104, . Катушки получают мощность ветвей , 110, и объединяют индивидуальную мощность в выходную мощность 112 .

РИС. 2 является схемой, иллюстрирующей систему суммирования мощности , 200, , работающую на пиковой мощности. В этом примере система 200 комбинирует мощность с использованием передаточного числа комбайна 4: 1. Однако следует понимать, что предусмотрены другие подходящие коэффициенты комбинирования.

Система 200 включает в себя множество ответвлений 50 и вторичную обмотку 106 . Ветви 50 могут использоваться как ветви 104 в системе 100 , описанной выше.Точно так же вторичная обмотка , 106, может использоваться как вторичная обмотка , 106, в системе , 100, , описанной выше. Система 200 показана сконфигурированной для эффективного обеспечения пиковой мощности.

Ветви 50 включают в себя первую ветвь 50 A, вторую ветвь 50 B, третью ветвь 50 C и четвертую ветвь 50 D. Ветви 50 являются дифференциальными в том, что каждая подавать дифференциальную мощность, обозначенную как V + и V−.Ветвь 50 A включает усилители 20 A и 20 E и катушку 30 A. Источник питания (не показан) обеспечивает питание усилителей 20 A и 20 E. В этом примере усилители 20 A и 20 E включены, чтобы обеспечить пиковую мощность и генерировать дифференциальное напряжение на катушке 30 A, которое генерирует выходную мощность ветви для ветви 50 A.

Ветвь 50 B включает усилители 20 B и 20 F и катушку 30 B.Источник питания (не показан) подает питание на усилители 20 B и 20 F. Оба усилителя 20 B и 20 F включены, чтобы обеспечить пиковую мощность и генерировать дифференциальное напряжение на катушке . 30 B, который генерирует выходную мощность ветви 50 B.

Ветвь 50 C включает усилители 20 H и 20 D и катушку 30 D. Источник питания (не показано) обеспечивает питание усилителей 20 H и 20 D.В этом примере усилители 20 H и 20 D включены, чтобы обеспечить пиковую мощность и генерировать дифференциальное напряжение на катушке 30 D, которая генерирует выходную мощность ветви для ветви 50 C.

Ветвь 50 D включает усилители 20 C и 20 G и катушку 30 C. Источник питания (не показан) обеспечивает питание усилителей 20 C и 20 G. Например, усилители 20 C и 20 G включены для обеспечения пиковой мощности и генерации дифференциального напряжения на катушке 30 C, которая генерирует выходную мощность ветви для ветви 50 D.

Усилители 20 A, 20 B, 20 C, 20 D, 20 E, 20 F, 20 G и 20 H вместе называются усилителями 20 . Катушки 30 A, 30 B, 30 C и 30 D вместе называются ответвленными катушками 30 .

Усилители 20 сконфигурированы для независимого включения, включения или выключения. Каждый из усилителей подключается к заземлению переменного тока в выключенном состоянии.В этом примере все усилители 20 включены для выработки пиковой мощности. Компонент блока постоянного тока, такой как конденсатор, может быть включен для блокировки напряжения постоянного тока между УМ в состоянии ВКЛ и УМ в состоянии ВЫКЛ. Понятно, что существуют примерные конфигурации, в которых компонент блока постоянного тока не требуется и / или не используется.

Вторичная обмотка , 106, сконфигурирована для объединения мощности от ветвей в единую выходную мощность. Вторичная обмотка , 106, включает в себя множество катушек индуктивности 40 A, 40 B, 40 C и 40 D, соединенных последовательно, как показано.Все вместе они называются катушками 40 . Катушка 40 A получает питание от катушки ответвления 30 A, катушка 40 B получает питание от катушки ответвления 30 B, катушка 40 C получает питание от катушки ответвления 30 C и катушка , 40, D получает мощность от катушки ответвления , 30, D. Объединенная мощность от катушек , 40, , называемая выходной мощностью, подается на нагрузку , 202, .

РИС. 3 - схема, иллюстрирующая систему , 200, суммирования мощности, работающую на резервной мощности. В этом примере система 200 комбинирует мощность с использованием передаточного числа комбайна 4: 1. Однако следует понимать, что предусмотрены другие подходящие коэффициенты комбинирования.

Как описано выше, система , 200, включает в себя множество ветвей , 50, и вторичную обмотку , 106, . Ветви 50 могут использоваться как ветви 104 в системе 100 , описанной выше.Точно так же вторичная обмотка , 106, может использоваться как вторичная обмотка , 106, в системе , 100, , описанной выше. Система , 200, показана сконфигурированной для эффективного обеспечения резервного питания.

Чтобы уменьшить мощность, обеспечиваемую ветвями 50 , половина усилителей 20 выключена, что приводит к заземлению. При включении только половины усилителей мощность, подаваемая на вторичную обмотку , 106, , снижается до уровня отката (-6 дБ).Кроме того, каждая ветвь вносит свой вклад в выходную мощность, поэтому паразитная мощность не передается обратно ни в одну из ветвей 50 от вторичной обмотки , 106, .

В этой конфигурации ветви 50 A и 50 B сконфигурированы для обеспечения дифференциальной мощности, а ветви 50 C и 50 D также сконфигурированы для обеспечения дифференциальной мощности, как показано на чертеже . Ветвь 50 A включает усилители 20 A и 20 E и катушку 30 A.Источник питания (не показан) обеспечивает питание усилителей 20 A и 20 E. В этом примере усилитель 20 E включен, а усилитель 20 A выключен, чтобы обеспечить пониженную мощность. . Усилитель 20 E подает положительное напряжение (V +) на катушку 30 A. Усилитель 20 A выключен, что приводит к заземлению. Ветвь 50 B включает усилители 20 B и 20 F и катушку 30 B.Источник питания (не показан) обеспечивает питание усилителей 20 B и 20 F. Усилитель 20 B выключен, а усилитель 20 F включен, чтобы обеспечить пониженную мощность. Усилитель 20 F подает отрицательное напряжение (V-) на катушку 30 B. В совокупности усилители 20 E (V +) и 20 F (V-) обеспечивают дифференциальную мощность на катушках 30 A и 30 B. Таким образом, ветви 50 A и 50 B обеспечивают дифференциальное напряжение на катушках 30 A и 30 B.

Аналогичным образом ветви 50 C и 50 D также сконфигурированы для обеспечения дифференциального напряжения / мощности. Ветвь 50 C включает усилители 20 D и 20 H и катушку 30 D. Источник питания (не показан) обеспечивает питание усилителей 20 D и 20 H. В этом примере , усилитель 20 H включен, а усилитель 20 D выключен, чтобы обеспечить пониженную мощность. Усилитель 20 H подает отрицательное напряжение (V−) на катушку 30 D.Усилитель 20 D выключен, что приводит к заземлению. Ветвь 50 D включает усилители 20 C и 20 G и катушку 30 C. Источник питания (не показан) обеспечивает питание усилителей 20 B и 20 F. Усилитель 20 C выключен, а усилитель 20 G включен, чтобы обеспечить пониженную мощность. Усилитель 20 F подает положительное напряжение (V +) на катушку 30 C.В совокупности усилители 20 H (V-) и 20 G (V +) обеспечивают дифференциальную мощность на катушках 30 D и 30 C. В результате ветви 50 C и 50 D обеспечивает дифференциальное напряжение на катушках 30 D и 30 C с ориентацией, противоположной дифференциальному напряжению, приложенному к катушкам 30 A и 30 B. Кроме того, следует отметить, что усилители 20 H (V-) и 20 E (V +) образуют дифференциальную пару, а усилители 20 F (V-) и 20 G (V +) образуют другую дифференциальную пару.

Как указано выше, вторичная обмотка 906 сконфигурирована для объединения мощности от ветвей в единую выходную мощность и включает в себя множество катушек индуктивности 40 A, 40 B, 40 C и 40 D соединены последовательно и в совокупности обозначаются как катушки 40 . Катушки 40 A и 40 B получают питание от катушек 30 A и 30 B, а катушки 40 D и 40 C принимают мощность от катушек 30 D и 30 C в этой конфигурации.Комбинированная мощность от катушек , 40, , называемая выходной мощностью, подается на нагрузку , 202, .

В этом примере выходная мощность находится на пониженном уровне. В других подходах усилители для ответвлений отключены, чтобы обеспечить пониженную мощность. Однако это приводит к тому, что паразитная мощность передается обратно в выключенные ветви, тем самым тратя энергию. Напротив, вышеупомянутая конфигурация, показанная на фиг. 3 эффективно обеспечивает мощность при пониженных уровнях мощности, включая резервную мощность (–6 дБ).

РИС. 4 представляет собой схему, иллюстрирующую систему , 400, суммирования мощности, в которой усилители включают в себя несколько усилителей с переключаемым режимом. Усилители с переключаемым режимом сконфигурированы для обеспечения различных уровней мощности. В этом примере используются усилители с переключаемым режимом, однако следует понимать, что другие типы усилителей могут использоваться в дополнение к усилителям с переключаемым режимом или вместо них.

Система , 400, и ее компоненты могут использоваться в системе 100 , описанной выше.Дополнительное описание компонентов приведено выше посредством ссылки на компоненты с одинаковыми ссылочными позициями.

Как описано выше, система , 400, включает в себя множество ветвей , 50, и вторичную обмотку , 106, . Ветви 50 могут использоваться как ветви 104 в системе 100 , описанной выше. Точно так же вторичная обмотка , 106, может использоваться как вторичная обмотка , 106, в системе , 100, , описанной выше.Система , 200, показана сконфигурированной для эффективного обеспечения резервного питания.

Каждый усилитель 20 , также называемый секцией усилителя мощности, включает в себя множество отдельных выбираемых компонентов усиления, называемых единичными ячейками. Например, фиг. 4 показан усилитель 20 A, включающий от 1 до N элементарных ячеек. Каждая элементарная ячейка включает в себя усилитель и блокирующий компонент. В этом примере блокирующим элементом является конденсатор. Когда он включен, единичная ячейка выдает мощность примерно 1 / N.В положении ВЫКЛ. Элементарный элемент не подает питание. Если каждая элементарная ячейка обеспечивает 1 / N мощности для конкретного усилителя, включение x из N дает x единиц мощности.

На ФИГ. 3 приведен пример обеспечения резервного питания, где половина мощности обеспечивается выключением половины усилителей 20 , как показано. Конфигурирование усилителей 20 с отдельными компонентами усиления - один из подходящих методов обеспечения других уровней мощности.

Приведен один пример перехода от пиковой мощности к обратной мощности.При пиковой мощности все усилители 20 включены. При резервном питании усилители 20 A, 20 B, 20 D и 20 C выключены. Вместо того, чтобы выключать все усилители сразу, подходящим методом является альтернативное выключение единичных ячеек по одной. Например, первый проход отключает единичную ячейку 1 из 20 A, выключает единичную ячейку 1 из 20 B, выключает единичную ячейку 1 из 20 C и выключает единичную ячейку 1 из 20 D.Второй проход выключает единичную ячейку 2 из 20 A, 20 B, 20 C и 20 D. Несколько проходов выполняются, где на N-м проходе единичная ячейка N 20 A, 20 B, 20 C и 20 D выключены. В этот момент обеспечивается обратная мощность, потому что усилители 20 A, 20 B, 20 D и 20 C выключены, как и их единичные элементы. Этот метод обеспечивает подходящий переход от пиковой мощности к резервной мощности.Систему , 400, можно переключить обратно на пиковую мощность, изменив процесс на обратное, чтобы последовательно включить единичные элементы.

Для дифференциальной работы пары элементарных ячеек отключаются по-разному. В этом примере последовательности единичная ячейка 1 из 20 A и 20 B выключены, а затем единичная ячейка 1 из 20 C и 20 D выключены для первого прохода. Затем единичная ячейка 2 из 20 A и 20 B выключается, а затем единичная ячейка 2 из 20 C и 20 D выключаются для второго прохода.На последнем проходе единичная ячейка N 20 A и 20 B выключаются, а затем единичная ячейка N 20 C и 20 D выключаются. Эта последовательность облегчает поддержание дифференциального режима.

Выходная мощность может быть дополнительно уменьшена путем выключения единичных ячеек в других усилителях, 20 E, 20 F, 20 G и 20 H. Используется аналогичная последовательность. Например, первый проход отключает единичную ячейку 1 из 20 E, выключает единичную ячейку 1 из 20 F, выключает единичную ячейку 1 из 20 G и выключает единичную ячейку 1 из 20 H.Второй проход выключает единичную ячейку 2 из 20 E, 20 F, 20 G и 20 H. E, 20 F, 20 G и 20 H выключены. В этот момент при условии, что мощность находится на самом низком уровне, и усилители 20 по существу выключены. Этот метод обеспечивает подходящий переход от снижения мощности к нулю или малой мощности.Система , 400, может быть переведена обратно на резервное питание путем реверсирования процесса для последовательного включения единичных элементов. Понятно, что последовательности также могут быть обращены для перехода от низкой или нулевой мощности к резервной мощности, а затем к пиковой мощности.

Вышеприведенное описание иллюстрирует использование усилителей и блоков с переключаемым режимом в системе суммирования мощности для перехода между уровнями мощности, такими как пиковая мощность, мощность отката и т.п. Кроме того, могут использоваться другие усилители мощности и / или другие методы.Например, линейные усилители мощности могут использоваться и конфигурироваться для обеспечения различных уровней мощности.

РИС. 5 является схемой, иллюстрирующей систему 500 объединения мощности, имеющую коэффициент объединения 2: 1 и работающую на пиковой мощности. Система 500 может быть включена в систему 100 , описанную выше. Кроме того, система 500 аналогична системе 200 , но использует коэффициент комбинирования 2: 1 вместо 4: 1.

Система 500 включает в себя множество ответвлений 90 и вторичную обмотку 106 .Ветви , 90, могут использоваться в качестве ветвей , 104, в системе 100 , описанной выше. Точно так же вторичная обмотка , 106, может использоваться как вторичная обмотка , 106, в системе , 100, , описанной выше. Система 200 показана сконфигурированной для эффективного обеспечения пиковой мощности.

Ветви 90 включают в себя первую ветвь 90 A и вторую ветвь 90 B. Ветви 90 являются дифференциальными в том смысле, что каждая подает дифференциальную мощность, что обозначено V + и V-.Ветвь 90 A включает усилители 60 A и 60 B и катушку 70 A. Источник питания (не показан) обеспечивает питание усилителей 90 A и 90 B. В этой конфигурации усилители 60 A и 60 B включены, чтобы обеспечить пиковую мощность и генерировать дифференциальное напряжение на катушке 70 A, которое генерирует выходную мощность ветви для ветви 90 A.

Ветвь 90 B включает усилители 60 C и 60 D и катушку 70 B.Источник питания (не показан) обеспечивает питание усилителей 60 C и 60 D. Усилители 60 C и 60 D оба включены, чтобы обеспечить пиковую мощность и генерировать дифференциальное напряжение на катушке . 70 B, который генерирует выходную мощность ветви для ветви 90 B.

Подобно усилителям, описанным выше, усилители 60 сконфигурированы для независимого включения, включения или выключения. Каждый из усилителей подключается к заземлению переменного тока в выключенном состоянии.В этом примере все усилители 20 включены для выработки пиковой мощности. Компонент блока постоянного тока, такой как конденсатор, может быть включен для блокировки напряжения постоянного тока между УМ в состоянии ВКЛ и УМ в состоянии ВЫКЛ. Понятно, что существуют примерные конфигурации, в которых компонент блока постоянного тока не требуется и / или не используется.

Вторичная обмотка , 106, сконфигурирована для объединения мощности от ветвей в единую выходную мощность. В этом примере вторичная обмотка , 106, сконфигурирована для коэффициента объединения 2: 1, что означает, что она получает мощность от двух ветвей и объединяет мощность в единую выходную мощность.Вторичная обмотка , 106, включает в себя множество катушек индуктивности , 80, A и , 80, B, соединенных последовательно, как показано. Все вместе они называются катушками 80 . Катушка 80 A получает мощность от катушки ответвления 70 A, а катушка 80 B получает мощность от катушки ответвления 70 B. Суммарная мощность от катушек 80 , называемая выходной мощностью , подается на нагрузку 508 .

РИС. 6 является схемой, иллюстрирующей систему , 500, объединения мощности, имеющую коэффициент объединения 2: 1 и работающую с пониженной мощностью. Система 500 может быть включена в систему 100 , описанную выше. ИНЖИР. На фиг.6 показана система , 500, , сконфигурированная для обеспечения резервного питания путем выключения некоторых усилителей , 60, , так что каждая ветвь обеспечивает пониженную мощность, обратную мощность эффективным образом.

Как описано выше, система , 500, включает в себя множество ветвей , 90, и вторичную обмотку , 106, .Ветви , 90, могут использоваться в качестве ветвей , 104, в системе 100 , описанной выше. Точно так же вторичная обмотка , 106, может использоваться как вторичная обмотка , 106, в системе , 100, , описанной выше.

Для обеспечения пониженных уровней мощности часть усилителей 60 выключена. В этой конфигурации половина усилителей , 60, выключена, чтобы обеспечить обратную мощность (-6 дБ) системой , 500, .

Каждая из ветвей, 90 A и 90 B, вносит свой вклад в выходную мощность. В результате паразитная мощность не передается от вторичной катушки 906 ни к одной из ветвей 90 A и 90 B.

Ветвь 90 A включает усилители 60 A и 60 B и катушка 70 A. Усилитель 60 A включается и подает положительное напряжение (V +) на катушку 70 A.Усилитель 60 B выключен и обеспечивает соединение переменного тока с землей. Точно так же ветвь 90 B включает усилители 60 C и 60 D и катушку 70 B. Усилитель 60 C включен и подает отрицательное напряжение (V-) на катушку 70 B. Усилитель 60 D выключен и обеспечивает соединение переменного тока с землей.

Вторичная обмотка , 106, сконфигурирована для объединения мощности от ветвей , 90, A и , 90, B, в единую выходную мощность.Обмотка , 106, включает в себя катушку 80 A и катушку 80 B, в этом примере. Катушка 80 A получает питание от ветви 90 A через катушку ответвления 70 A. Катушка 80 B получает питание от ветви 90 B через катушку ответвления 70 B. 80 объединяется в единую выходную мощность, которая прикладывается к нагрузке 508 .

Другие уровни мощности могут быть обеспечены системой 500 путем использования единичных ячеек для каждого из усилителей, как описано выше в отношении фиг.4. Единичные элементы могут быть последовательно включены и / или выключены для получения уровней мощности между пиковой мощностью и резервной мощностью и для получения уровней мощности ниже резервной мощности.

РИС. 7 является блок-схемой, иллюстрирующей способ , 700, комбинирования мощности. Метод 700 генерирует и объединяет мощность из нескольких ветвей в единую выходную мощность. Кроме того, способ , 700, эффективно генерирует выходную мощность даже на уровнях ниже пиковой мощности.

В блоке 702 предусмотрены трансформаторные ответвления. Ответвления, такие как описанные выше, являются частью силового трансформатора. Ветви включают усилители мощности, которые имеют выбираемое состояние ВЫКЛЮЧЕНО, которое обеспечивает соединение с землей переменного тока. Ветви также включают состояние ВКЛ, когда они подают напряжение на индуктивную катушку.

Уровень выходной мощности трансформатора выбирается в блоке 704 . Уровень выходной мощности включает пиковую мощность, резервную мощность и различные другие уровни мощности, которые могут быть предоставлены.

Один или несколько усилителей мощности сконфигурированы в выключенном состоянии в соответствии с выбранным уровнем выходной мощности на этапе 706 . Например, половина усилителей мощности сконфигурирована так, чтобы быть ВЫКЛЮЧЕНА на выбранном уровне резервной мощности. Также понятно, что усилители мощности могут включать в себя блоки усиления, такие как описанные выше. Блоки усиления также могут быть сконфигурированы во включенном или выключенном состоянии. Кроме того, также следует понимать, что один или несколько усилителей мощности могут быть сконфигурированы в состояние «включено» и / или в состояние «включено», имеющее выбранный или изменяемый уровень мощности.Например, линейные усилители, используемые в качестве усилителя мощности, могут быть сконфигурированы для обеспечения полной и / или неполной мощности.

Мощность ответвления генерируется из множества ответвлений на этапе 708 . Мощность ответвления генерируется там, где усилители включения подают напряжение на катушку, а усилители выключения обеспечивают соединение заземления переменного тока.

Мощность ответвления от множества ответвлений объединяется в блоке 710 с использованием вторичной обмотки. Вторичная обмотка включает катушки для ответвлений.Катушки собирают мощность от ветвей и объединяют мощность в единую выходную мощность. Примеры вторичной обмотки приведены выше.

Понятно, что способ , 700, и / или показанные выше системы могут использоваться для перехода от одного выбранного уровня выходной мощности трансформатора к другому уровню / режиму. Для статических изменений, которые представляют собой резкое изменение мощности от одного уровня к другому, например с 9 дБмВт до 15 дБмВт, можно использовать однократное изменение состояний усилителей мощности в ветвях.Для динамических изменений, которые включают в себя несколько более мелких изменений или переходов от одного выбранного уровня выходной мощности трансформатора к другому, можно использовать подходящий набор переходов. Например, фиг. 4 и его описание выше описывают несколько проходов для перехода с одного уровня мощности на другой.

Хотя способы, представленные в данном документе, проиллюстрированы и описаны как последовательность действий или событий, настоящее раскрытие не ограничивается проиллюстрированным порядком таких действий или событий. Например, некоторые действия могут происходить в разном порядке и / или одновременно с другими действиями или событиями, кроме тех, которые проиллюстрированы и / или описаны здесь.Кроме того, не все проиллюстрированные действия требуются, формы сигналов являются просто иллюстративными, а другие формы сигналов могут значительно отличаться от показанных. Кроме того, одно или несколько действий, изображенных в данном документе, могут выполняться в одном или нескольких отдельных действиях или фазах.

Следует отметить, что заявленный предмет изобретения может быть реализован как способ, устройство или изделие с использованием стандартных программных и / или инженерных технологий для создания программного обеспечения, встроенного программного обеспечения, аппаратного обеспечения или любой их комбинации для управления компьютером для реализации раскрытый объект (например,g., системы, показанные выше, являются неограничивающими примерами схем, которые могут использоваться для реализации раскрытых способов и / или их вариантов). Используемый здесь термин «промышленное изделие» предназначен для охвата компьютерной программы, доступной с любого машиночитаемого устройства, носителя или носителя. Специалисты в данной области техники поймут, что в эту конфигурацию могут быть внесены многие модификации, не выходящие за рамки объема или сущности раскрытого предмета изобретения.

Система объединения мощности включает в себя множество ответвлений и вторичную обмотку.Множество ответвлений сконфигурированы для обеспечения питания ответвлений. Каждая из ветвей вносит свой вклад в мощность ветви на непиковом уровне мощности или мощности. Вторичная обмотка сконфигурирована для объединения мощности ветви от множества ветвей в выходную мощность.

В одном примере система дополнительно включает в себя компонент выбора режима, связанный с множеством ветвей. Компонент выбора режима сконфигурирован для управления мощностью ветви или частями мощности ветви, подаваемой каждой из ветвей.

В другом примере любого из вышеперечисленных выходная мощность обеспечивается с использованием коэффициента объединения 4: 1.

В другом примере любого из вышеперечисленных выходная мощность обеспечивается с использованием коэффициента объединения 2: 1.

В другом примере любого из вышеперечисленных, каждая ветвь включает в себя усилитель с переключенным режимом, имеющий состояние ВЫКЛЮЧЕНО, сконфигурированное для обеспечения соединения с землей переменного тока, и состояние ВКЛ, сконфигурированное для обеспечения выбранного напряжения переменного тока.

В другом примере любого из вышеперечисленных каждое ответвление включает в себя катушку, сконфигурированную для обеспечения части мощности ответвления.

В другом примере любого из вышеперечисленных каждая ветвь включает в себя усилитель мощности, имеющий множество единичных ячеек.

В другом примере любого из вышеперечисленных множество единичных ячеек сконфигурированы для обеспечения блока питания во включенном состоянии и подключения к заземлению переменного тока в выключенном состоянии.

В другом примере любого из вышеперечисленных мощность ветви является дифференциальной.

В другом примере любого из вышеперечисленных вторичная обмотка включает в себя множество катушек.Каждая катушка соответствует одной из множества ветвей.

В другом примере любого из вышеперечисленных выходная мощность равна мощности снижения –6 дБ.

В другом примере любого из вышеперечисленных выходная мощность соответствует пиковой мощности.

Система объединения мощности включает в себя первую ветвь и вторую ветвь. Первая ветвь имеет первый усилитель, катушку и второй усилитель. Катушка подключена к первому усилителю. Второй усилитель подключен к катушке. Второй усилитель сконфигурирован для обеспечения выбранного напряжения (переменного тока) во включенном состоянии и подключения к заземлению переменного тока в выключенном состоянии.Вторая ветвь имеет первый усилитель, катушку и второй усилитель. Катушка подключена к первому усилителю. Второй усилитель подключен к катушке. Второй усилитель второй ветви сконфигурирован для обеспечения выбранного напряжения (переменного тока) во включенном состоянии и подключения к заземлению переменного тока в выключенном состоянии.

В другом примере системы система включает вторичную обмотку, соединенную с первой и второй ветвью. Вторичная обмотка включает в себя первую катушку, соединенную с катушкой первой ветви, и вторую катушку, соединенную с катушкой второй ветви.

В другом примере любого из вышеперечисленных второй усилитель первой ветви включает в себя единичные элементы, имеющие состояние ВЫКЛЮЧЕНО и состояние ВКЛЮЧЕНО.

В другом примере любого из вышеперечисленных первый усилитель первой ветви сконфигурирован для обеспечения соответствующего напряжения, а второй усилитель первой ветви сконфигурирован в выключенном состоянии для обеспечения соединения с землей переменного тока.

В другом примере любого из вышеперечисленных первый усилитель второй ветви сконфигурирован для обеспечения отрицательного напряжения, а второй усилитель второй ветви сконфигурирован в выключенном состоянии для обеспечения соединения с землей переменного тока.

Раскрыт способ выполнения суммирования мощности. Предусмотрен трансформатор, имеющий множество разветвлений с усилителями мощности. Усилители мощности имеют выбираемое состояние ВЫКЛ, которое обеспечивает соединение с землей или заземлением переменного тока. Выбирается уровень выходной мощности трансформатора. Один или несколько усилителей мощности сконфигурированы в выключенное состояние в соответствии с выбранным уровнем выходной мощности трансформатора. Мощность ветви от множества ветвей объединяется в выходную мощность, имеющую выбранный уровень выходной мощности трансформатора.

В примере вышеупомянутого метода выбранный уровень выходной мощности трансформатора является резервной мощностью.

В другом примере любого из вышеперечисленных, конфигурирование одного или нескольких усилителей мощности в выключенное состояние включает в себя последовательное конфигурирование единичных ячеек одного или нескольких усилителей мощности в выключенное состояние.

В другом примере любого из вышеперечисленных способ дополнительно включает в себя изменение выбранного уровня выходной мощности трансформатора статически и / или динамически.

Хотя изобретение было проиллюстрировано и описано в отношении одной или нескольких реализаций, в проиллюстрированные примеры могут быть внесены изменения и / или модификации без отступления от сущности и объема прилагаемой формулы изобретения.Например, хотя описанная здесь схема / система передачи могла быть проиллюстрирована как схема передатчика, специалист в данной области техники поймет, что изобретение, представленное в данном документе, также может быть применено к схемам приемопередатчика.

Кроме того, в частности, в отношении различных функций, выполняемых описанными выше компонентами или структурами (сборками, устройствами, схемами, системами и т. Д.), Термины (включая ссылку на «средства»), используемые для описания таких компонентов, следующие: предназначены для соответствия, если не указано иное, любому компоненту или структуре, которая выполняет указанную функцию описанного компонента (например,g., который является функционально эквивалентным), даже если структурно не эквивалентен раскрытой структуре, которая выполняет функцию в проиллюстрированных здесь иллюстративных реализациях изобретения. Любой компонент или структура включает в себя обработчик, выполняющий инструкции для выполнения, по меньшей мере, части различных функций. Кроме того, хотя конкретная особенность изобретения могла быть раскрыта только в отношении одной из нескольких реализаций, такая особенность может быть объединена с одной или несколькими другими особенностями других реализаций, которые могут быть желательными и полезными для любого данного или конкретного приложения. .

Кроме того, в той степени, в которой термины «включая», «включает», «имеющий», «имеет», «с» или их варианты используются либо в подробном описании, либо в формуле изобретения, такие термины предназначены для включающий аналогично термину «содержащий».

3 способа снижения шума источника питания

>> Ресурсы веб-сайта
.. >> Библиотека: TechXchange
.. .. >> TechXchange: EMI / EMC / Noise

Шум - постоянная проблема при проектировании источников питания.Хотя существуют ограничения FCC на электромагнитные помехи (EMI), излучаемые в воздух, а также на кондуктивный шум, который ваша конструкция вводит обратно на свой вход, ваша первая проблема с шумом - это достаточно низкий уровень шума на ваших выходах.

Пульсация и шум

Некоторые инженеры различают пульсации на выходе и шум на выходе. Оба явления представляют собой нежелательный сигнал, наложенный на чистый идеальный выходной сигнал постоянного тока (рис. 1) . Источником пульсаций является периодическая входная частота, а также частота переключения управляющей микросхемы.Источник переменного / постоянного тока будет иметь входную частоту 50, 60 или, возможно, 400 Гц. Независимо от того, насколько хороша коммутационная микросхема, которую вы используете, небольшая часть этой частоты будет просачиваться через схему переключения.

% {[data-embed-type = "image" data-embed-id = "5df275fbf6d5f267ee216e18» data-embed-element = "aside" data-embed-align = "left" data-embed-alt = "Электронный дизайн Сайты Электронный дизайн com Файлы Рис. 1 Элемент шума источника питания14pp "data-embed-src =" https://img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2019/11/electronicdesign_com_sites_electronicdesign.com_files_Figure_1_Power_supply_noise_Element14pp.png? auto = format & fit = max & w = 1440 "data-embed-caption =" "]}%

1. В самом общем смысле шум источника питания представляет собой комбинацию нежелательных периодических пульсаций и всплесков в сочетании со случайным шумом от устройств или внешних источников. (Предоставлено Element14 / Newark)

Величина пульсации, относящейся к входу, будет регулироваться линейными правилами вашего проекта. Это похоже на концепцию коэффициента отклонения источника питания (PSRR) - какую часть входного сигнала линейный регулятор пропускает на выход.Это не только функция микросхемы управления, но и работа всей схемы.

PSRR 60 дБ означает, что любое отклонение на входе будет ослаблено на 1000 на выходе. Первичный способ улучшить регулирование линии - увеличить коэффициент усиления цепи управления. Чем выше коэффициент усиления контура управления, тем меньше ошибка на выходе; входная пульсация - это еще одна ошибка, с которой должен справиться цикл. Вы также можете использовать входные конденсаторы большего размера, которые уменьшат пульсации на входной шине постоянного тока, поэтому PSRR контура управления будет применяться к меньшему отклонению.

Помимо любой собственной пульсации на выходе будет случайный шум, генерируемый опорным напряжением управляющей микросхемы и всеми другими источниками теплового, дробового и фликкер-шума. Есть три распространенных способа справиться с этим шумом, которые также часто помогают с рябью:

Фильтрация

Вы можете использовать фильтр для удаления шума из источника питания так же, как вы используете фильтры для удаления шума из сигнала. Действительно, вы можете рассматривать выходные конденсаторы как часть фильтра, которая реагирует на выходное сопротивление цепи источника питания.Увеличение значения выходной емкости снизит шум.

Имейте в виду, что конденсаторы имеют как эквивалентное последовательное сопротивление (ESR), так и эквивалентную последовательную индуктивность (ESL) (рис. 2) . Выбор конденсаторов с более низким ESR и ESL снизит шум, но будьте осторожны, некоторые схемы питания используют ESR для подачи сигнала ошибки для обратной связи. Если вы его радикально уменьшите, например, заменив электролитические конденсаторы на керамические, вы можете сделать ваш блок питания нестабильным.

% {[data-embed-type = "image" data-embed-id = "5df275fbf6d5f267ee216e1a" data-embed-element = "aside" data-embed-align = "left" data-embed-alt = "Электронный дизайн Com Sites Electronicdesign com Файлы Рисунок 2 Модель крышки Lt Wiki org "data-embed-src =" https://img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2019/11/electronicdesign_com_sites_electronicdesign.com_files_Figure_2_Cap_model_LTWiki.org_ = format & fit = max & w = 1440 "data-embed-caption =" "]}%

2. Конденсаторы содержат много паразитных элементов, как показано на этой эквивалентной схеме Spice.Lser и Rser на этой схеме представляют эквивалентную последовательную индуктивность (ESL) и эквивалентное последовательное сопротивление (ESR). Элементы Cpar, Rpar и RLshunt обычно незначительны в большинстве схемотехнических приложений. (Любезно предоставлено LTWiki.org)

В дополнение к естественной выходной емкости источника питания вы можете добавить индуктивность и еще один конденсатор фильтра для дальнейшего снижения выходного шума (рис. 3) . Катушка индуктивности пропускает постоянный ток с незначительными потерями, обеспечивая при этом высокочастотный импеданс, на который конденсатор может реагировать, чтобы отфильтровать шум.По сути, вы увеличиваете выходное сопротивление высокочастотного источника питания, чтобы его можно было более эффективно фильтровать с помощью конденсаторов меньшего размера.

% {[data-embed-type = "image" data-embed-id = "5df275fbf6d5f267ee216e1c" data-embed-element = "aside" data-embed-align = "left" data-embed-alt = "Электронный дизайн Com Sites Electronicdesign com Файлы Рисунок 3 RLC Low Pass svg Wikimedia "data-embed-src =" https://img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2019/11/electronicdesign_com_sites_electronicdesign.com_files_Figure_3_RLC_low_pass.svg_Wikimedia.png? auto = format & fit = max & w = 1440 "data-embed-caption =" "]}%

3. Чтобы снизить уровень шума шины питания нагрузки (R L ), вы можете сделать L-C фильтр нижних частот. (С любезного разрешения Викимедиа)

Проблема с добавлением LC-контуров заключается в том, что они имеют собственную резонансную частоту. Таким образом, это может сделать вашу подачу нестабильной или вызвать неприемлемый сигнал после переходных изменений нагрузки. Если источник питания обеспечивает низкие токи, вы можете использовать резистор вместо катушки индуктивности.Это создаст термин потерь постоянного тока, но резистор также добавляет демпфирование к вашему выходному фильтру.

Одним из фильтров, используемых для переключения пиков и других высокочастотных выходных шумов, являются ферритовые шарики. Магнитная связь с выходной дорожкой или проводом и валиком ослабит шум. Другим источником выходного шума может быть электромагнитная связь с внешним миром. Здесь используется экранирование для защиты цепи питания от внешних воздействий.

Также обратите внимание, что дорожки вашей печатной платы имеют индуктивность, и вам может потребоваться адаптировать ее с помощью плоскостей питания и ширины дорожек.Использование витой пары - хороший способ уменьшить индуктивность, чтобы предотвратить звон и выбросы. Добавление любого фильтра может увеличить время запуска и переходный отклик вашей системы. Если вы отключаете и выключаете питание, чтобы выполнить измерение, а затем выключаете, вам придется пожертвовать эффективностью фильтрации с требованием времени запуска.

Обход

Возможно, менее очевидно, но вы также можете уменьшить шум за счет правильного обхода управляющих микросхем в конструкции вашего источника питания.Обход микросхем, которые питаются от источника питания, не уменьшит шум на источнике питания, но он будет уменьшен на выводах питания микросхем. Когда вы обходите микросхемы в цепи питания, используйте обычные рекомендации по размещению конденсатора рядом с выводами питания и используйте керамические конденсаторы, предпочтительно для поверхностного монтажа, которые имеют низкие значения ESR и ESL. Обратите внимание, что физический размер конденсатора будет определять его эффективность в такой же степени, как и его значение (рис. 4) .

% {[data-embed-type = "image" data-embed-id = "5df275fbf6d5f267ee216e1e" data-embed-element = "aside" data-embed-align = "left" data-embed-alt = "Электронный дизайн Сообщество сайтов Электронный дизайн com Файлы Рисунок 4 Частота импеданса режима переключения "data-embed-src =" https: // img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2019/11/electronicdesign_com_sites_electronicdesign.com_files_Figure_4_switchmode_impedance_frequency.png?auto=format&fit=max&w=1440 "data-embed]} caption =

4. На низких частотах импеданс конденсатора 270 мкФ ниже, чем у версии 10 мкФ, как и следовало ожидать. На частоте 1 МГц конденсатор на 10 мкФ имеет более низкий импеданс из-за собственного резонанса из-за паразитной индуктивности. Вам нужно посмотреть на кривые импеданса конденсаторов различных размеров, чтобы убедиться, что вы получаете наименьшее сопротивление на частотах, которые вы пытаетесь фильтровать.(Предоставлено Johanson Dielectrics)

Пострегулирование

Хороший, но дорогой способ уменьшить шум блока питания - это установить второй малошумящий стабилизатор на выходе блока питания. Это часто связано с линейным регулятором с малым падением напряжения (LDO). Это уменьшит любую пульсацию на выходе на порядок или больше. Еще лучше, вы можете добавить RC или LC-фильтр после LDO, чтобы еще больше уменьшить шум. Шум линейного регулятора часто выражается как среднеквадратичное значение в одном или нескольких диапазонах частот.Если вам нужен очень точный источник питания с малым дрейфом, вы можете использовать эталонную микросхему вместо стабилизатора LDO.

Следует помнить о частотных диапазонах, в которых наблюдается шум. Усилители также имеют подавление подачи питания, и это подавление значительно уменьшается на высоких частотах. К сожалению, PSRR линейных регуляторов также значительно ухудшается на высоких частотах (рис. 5) .

% {[data-embed-type = "image" data-embed-id = "5df275fbf6d5f267ee216e20" data-embed-element = "aside" data-embed-align = "left» data-embed-alt = "Электронный дизайн Сайты Электронный дизайн com Файлы Рисунок 5 Ldo Psrr Analog Devices "data-embed-src =" https: // img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2019/11/electronicdesign_com_sites_electronicdesign.com_files_Figure_5_LDO_PSRR_Analog_Devices.png?auto=format&fit=max&w=1440 "data-embed]-} caption

5. Регулятор LDO имеет намного лучший коэффициент подавления напряжения питания (PSRR) на низких частотах. Эталонный PSRR доминирует на низких частотах, тогда как усиление внутреннего контура обеспечивает PSRR на средних частотах. На высоких частотах выходные конденсаторы доминируют над PSRR, и кривая подобна кривой, показанной на рисунке 4.(Любезно предоставлено Analog Devices)

Однако такой высокочастотный шум намного легче удалить с помощью LC- или RC-фильтрации, так что еще не все потеряно. Целостный подход состоит в том, чтобы удалить шум на входе коммутатора, а затем обойти его и убедиться, что ваша переключающая микросхема имеет низкий уровень шума. После этого выберите малошумящий линейный стабилизатор LDO, чтобы вы могли добавить выходной фильтр. Вам следует проверить PSRR микросхем, которые вы запитываете, и пересечь его с PSRR линейного регулятора, чтобы удалить как можно больше шума в полосе частот вашей схемы.Затем спроектируйте фильтр, чтобы удалить достаточно высокочастотного шума для достижения ваших целей по шуму на пути прохождения сигнала.

Бонус

Фильтрация, байпас и пострегулирование - три основных способа снижения шума источника питания, но есть и менее используемые методы. Один из них - использовать батарею для питания вашей схемы. Батареи являются источником питания с очень низким уровнем шума по сравнению с импульсными или даже линейными преобразователями.

Еще одна хитрость доступна, если вам нужны нечастые измерения.Вы можете на мгновение отключить импульсный стабилизатор и использовать большие задерживающие конденсаторы для питания вашей схемы во время измерения. Последний трюк - синхронизировать переключатель-регулятор с получением измерения, чтобы оно происходило в одной и той же точке пульсации и другого периодического шума источника питания. Это похоже на синхронизацию нескольких импульсных источников питания. В этом случае вы пытаетесь устранить любую частоту биений, созданную разными частотами переключения.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *